Προκύπτουν στοιχεία για έναν πλούσιο σε άνθρακα ωκεανό στην Ευρώπη – Κόσμος της Φυσικής

Προκύπτουν στοιχεία για έναν πλούσιο σε άνθρακα ωκεανό στην Ευρώπη – Κόσμος της Φυσικής

Χρονική σήμανση: 26 Σεπτεμβρίου 2023 5:27 π.μ.

Εικόνα της Ευρώπης, η οποία εμφανίζεται ως ένα στρογγυλό, γαλαζωπό αντικείμενο με μια λευκή κηλίδα κοντά στο κέντρο
Παγωμένη επιφάνεια: Το φεγγάρι του Δία, Ευρώπη, όπως φαίνεται από το NIRCam του JWST. Το Tara Regio είναι η λευκή περιοχή στο κέντρο. (Ευγενική προσφορά: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Cornell University).

Πλανητολόγοι στις ΗΠΑ εντόπισαν άνθρακα στην επιφάνεια του φεγγαριού του Δία, Ευρώπη, στον παγωμένο ωκεανό από κάτω του, αποκαλύπτοντας νέες πληροφορίες για τη φύση και την προέλευση του ωκεανού. Η ανακάλυψη εγείρει τις ελπίδες των αστροβιολόγων ότι ο άνθρακας, ο οποίος υπάρχει με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, θα μπορούσε να προέρχεται από βιολογικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κάτω από τον πάγο. Ωστόσο, μια έρευνα για νέφη νερού που ξεσπούσαν από την επιφάνεια της Ευρώπης βγήκε άδεια και οι επιστήμονες που συμμετείχαν στις παρατηρήσεις λένε ότι θα χρειαστούν καλύτερες μετρήσεις για τη διάκριση μεταξύ βιολογικών και γεωλογικών πηγών άνθρακα.

Γνωρίζουμε ότι υπάρχει ένας ωκεανός στην Ευρώπη χάρη στην τεράστια μαγνητόσφαιρα του Δία, η οποία προκαλεί ένα μαγνητικό πεδίο μέσα στο αλμυρό υγρό νερό. Οι αστροβιολόγοι εικάζουν για την κατοικιμότητα αυτού του ωκεανού εδώ και χρόνια, αλλά είναι δύσκολο να μελετηθεί επειδή είναι θαμμένος κάτω από το πάγος του φεγγαριού πάχους 23–47 χιλιομέτρων.

Άνθρακα χάος

Αντί να σκάβουν στον πάγο για να ανιχνεύσουν απευθείας τον ωκεανό, οι πιο πρόσφατες μελέτες χρησιμοποίησαν την Near-Infrared Camera (NIRCam) και Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) για να φέρουν τον ωκεανό πιο κοντά μας. Μεταξύ των χαρακτηριστικών στην επιφάνεια της Ευρώπης είναι περιοχές γεμάτες με ακανόνιστου σχήματος μπλοκ που διασταυρώνονται από αποχρωματισμένες κορυφογραμμές. Γνωστές ως έδαφος χάους, αυτές οι περιοχές έχουν ερμηνευθεί ως τοποθεσίες όπου υλικό από τον ωκεανό αναρριχείται και φτάνει στην επιφάνεια, και είναι εδώ που οι επιστήμονες σε δύο ξεχωριστές ομάδες κυνηγούσαν για στοιχεία της σύνθεσης του ωκεανού.

Τα δεδομένα έδειξαν τέσσερις ισχυρές φασματικές υπογραφές διοξειδίου του άνθρακα στο Tara Regio, το οποίο είναι μια περιοχή 1,800 χιλιομέτρων πλάτους εδάφους χάους στο κορυφαίο ημισφαίριο της Ευρώπης. Οι επιστήμονες εντόπισαν επίσης ένα ασθενέστερο σήμα διοξειδίου του άνθρακα σε μια άλλη περιοχή του εδάφους χάους που ονομάζεται Powys Regio.

Οι υπογραφές του διοξειδίου του άνθρακα σε φασματικά μήκη κύματος 4.25 και 4.27 microns έδωσαν ιδιαίτερη προσοχή. Ενώ η τελευταία είναι η αναμενόμενη υπέρυθρη εκπομπή καθαρού πάγου διοξειδίου του άνθρακα, η πρώτη προτείνει ένα μείγμα διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μορίων.

Μία από τις ομάδες, με επικεφαλής τον Geronimo Villanueva του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA, αναγνώρισε αυτό το μείγμα ως πάγο νερού με διοξείδιο του άνθρακα και μεθανόλη. Περιέργως, τα εργαστηριακά πειράματα υποδηλώνουν ότι η υπογραφή των 4.25 μικρών θα μπορούσε να προέρχεται από άλατα που έρχονται στην επιφάνεια από τον ωκεανό και ακτινοβολούνται. Το μίγμα διοξειδίου του άνθρακα-νερού πάγου-μεθανόλης είτε σχηματίζει ένα λεπτό φιλμ γύρω από τους κρυστάλλους αλατιού είτε παγιδεύεται μέσα τους.

Μια αρχέγονη καταγωγή

Η αναλογία των ισοτόπων άνθρακα-12 προς άνθρακα-13 στην Ευρώπη παρουσιάζει επίσης μεγάλο ενδιαφέρον. Η ομάδα της Villanueva μέτρησε αυτή την αναλογία ως 83 (+/–19), τοποθετώντας την σταθερά εντός των ορίων των αναλογιών που μετρήθηκαν στα φεγγάρια του Κρόνου, στον κοντά στη Γη αστεροειδή Ryugu που επισκέφτηκε η αποστολή Hayabusa-2 της Ιαπωνίας και στη Γη, η οποία έχει άνθρακα-12 αναλογία άνθρακα-13 89 για ανόργανο άνθρακα (δηλαδή άνθρακα μη δεσμευμένο με υδρογόνο). Αυτή η κοινότητα υποδηλώνει ότι, σε αντίθεση με το νερό, το οποίο εμφανίζεται σε διαφορετικές ισοτοπικές αναλογίες σε διαφορετικά σώματα, ο άνθρακας που ενσωματώνεται στους κόσμους και τα φεγγάρια του ηλιακού μας συστήματος προέρχεται από την ίδια πηγή.

«Οι ισοτοπικές τιμές, εντός της ακρίβειας που επιτύχαμε, είναι πράγματι συνεπείς με αυτές άλλων φεγγαριών και επίσης ορισμένων αρχέγονων υλικών», λέει η Villanueva Κόσμος Φυσικής.

Ως εκ τούτου, οι μετρήσεις του άνθρακα της Ευρώπης παρέχουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση και την κατανομή των υλικών στον πρωτοαστρικό δίσκο που σχημάτισε το ηλιακό σύστημα πριν από περίπου 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ένας οξειδωμένος ωκεανός

Η δεύτερη ομάδα, που αποτελείται από Σαμάνθα Τράμπο του Πανεπιστημίου Cornell και Michael Brown του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, επικεντρώθηκε στην προέλευση του άνθρακα της Ευρώπης. Δεδομένου ότι το JWST δεν εντόπισε πολύπλοκα οργανικά μόρια στην επιφάνεια της Ευρώπης, οι Trumbo και Brown λένε ότι αυτό εξαλείφει κάθε πιθανότητα το διοξείδιο του άνθρακα να σχηματίζεται μέσω φωτοδιάσπασης αυτών των οργανικών ουσιών καθώς το περιβάλλον ακτινοβολίας γύρω από τον Δία τα διασπά. Αντίθετα, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι ο άνθρακας είχε ήδη τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα όταν έφτασε στην επιφάνεια, υποδηλώνοντας ότι αυτό το διοξείδιο του άνθρακα πρέπει επομένως να διαλυθεί στον ωκεανό.

Σε αυτή τη βάση, οι Τράμπο και Μπράουν κατέληξαν σε ορισμένα γενικά συμπεράσματα για την κατάσταση του ωκεανού της Ευρώπης. Υποδηλώνουν ότι ο ωκεανός είναι πολύ οξειδωμένος, κάτι που είναι σύμφωνο με μοντέλα που απεικονίζουν την προς τα κάτω κίνηση μέσω του πάγου οξειδωτικών όπως το μοριακό οξυγόνο και το υπεροξείδιο του υδρογόνου που σχηματίστηκαν στο περιβάλλον ακτινοβολίας στην επιφάνεια. Ωστόσο, ακόμη και το ισχυρό μάτι του NIRSpec δεν μπορούσε να προσδιορίσει εάν το διοξείδιο του άνθρακα προερχόταν από ζωντανούς οργανισμούς. «Θα χρειαστούν περισσότερες μετρήσεις και υψηλότερες ακρίβειες για την περαιτέρω καθιέρωση των διαδικασιών σχηματισμού και εξέλιξης του παρατηρούμενου άνθρακα στην Ευρώπη», συμφωνεί η Villanueva.

Κάτι άλλο που θα απαιτήσει περισσότερες μετρήσεις είναι τα νέφη του νερού που ψεκάζονται ψηλά πάνω από την επιφάνεια της Ευρώπης. Παρόλο που το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble εντόπισε τέτοια λοφία σε τρεις περιπτώσεις τα τελευταία 10 χρόνια, το JWST δεν είδε κανένα κατά τις παρατηρήσεις του τον Νοέμβριο του 2022. Αν και αυτό δεν σημαίνει ότι τα λοφία δεν είναι αληθινά, θέτει ένα ανώτερο όριο 300 κιλών ανά δευτερόλεπτο στον μέσο ρυθμό εκτόξευσης υλικού. Σημαίνει επίσης ότι τα λοφία, αν υπάρχουν, πρέπει να είναι διακοπτόμενα.

Περαιτέρω πληροφορίες είναι πιθανό να φτάσουν εντός της επόμενης δεκαετίας, με την Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος Jupiter Icy Moon Moon Explorer (JUICE) πρόκειται να πραγματοποιήσει δύο πτήσεις της Ευρώπης μόλις φτάσει στο σύστημα Jovian το 2031. Η NASA κουρευτική μηχανή Ευρώπης Η αποστολή πρόκειται επίσης να αποπλεύσει για τον Δία το 2024, με προγραμματισμένη ημερομηνία άφιξης το 2030. Οι παρατηρήσεις του JWST θα διαδραματίσουν ζωτικό ρόλο στον προσδιορισμό του πού και τι θα μελετήσουν οι δύο αποστολές στην επιφάνεια της Ευρώπης.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής