شواهدی مبنی بر وجود یک اقیانوس غنی از کربن در اروپا - دنیای فیزیک ظاهر می شود

شواهدی مبنی بر وجود یک اقیانوس غنی از کربن در اروپا - دنیای فیزیک ظاهر می شود

تمبر زمانی: 26 سپتامبر 2023، 5:27 صبح

تصویر اروپا که به صورت یک جسم گرد و مایل به آبی با یک لکه سفید در نزدیکی مرکز ظاهر می شود
سطح یخی: قمر مشتری اروپا، همانطور که توسط NIRCam JWST دیده می شود. Tara Regio ناحیه سفید در مرکز است. (با احترام: NASA، ESA، CSA، Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC، Samantha K Trumbo/Cornell University).

دانشمندان سیاره‌شناسی در ایالات متحده کربن را در سطح قمر مشتری اروپا به اقیانوس یخی زیر آن ردیابی کرده‌اند که اطلاعات جدیدی در مورد ماهیت و منشاء اقیانوس فاش می‌کند. این کشف امیدواری اخترزیست شناسان را افزایش می دهد که کربن، که به شکل دی اکسید کربن وجود دارد، می تواند ناشی از فرآیندهای بیولوژیکی باشد که در زیر یخ انجام می شود. با این حال، جست‌وجوی توده‌های آبی که از سطح اروپا بیرون ریخته بودند، خالی بود و دانشمندان درگیر در مشاهدات می‌گویند که اندازه‌گیری‌های بهتری برای تمایز بین منابع بیولوژیکی و زمین‌شناسی کربن مورد نیاز است.

ما می دانیم که به لطف مگنتوسفر عظیم مشتری، که میدان مغناطیسی را در آب مایع شور ایجاد می کند، اقیانوسی در اروپا وجود دارد. اختر زیست شناسان سال ها در مورد قابلیت سکونت این اقیانوس حدس می زنند، اما مطالعه آن دشوار است زیرا در زیر پوسته یخی 23 تا 47 کیلومتری ماه مدفون شده است.

هرج و مرج کربن

به‌جای حفاری در یخ‌ها برای کاوش مستقیم اقیانوس، آخرین مطالعات از دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) و طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec) در تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) استفاده کردند تا اقیانوس را به ما نزدیک‌تر کنند. از جمله ویژگی‌های سطح اروپا، مناطقی پر از بلوک‌های نامنظم است که با برآمدگی‌های تغییر رنگ متقاطع شده‌اند. این مناطق که به عنوان زمین هرج و مرج شناخته می شوند، به عنوان مکان هایی تعبیر شده اند که مواد اقیانوس در آن چاه می کنند و به سطح می رسند، و اینجاست که دانشمندان در دو تیم جداگانه به دنبال شواهدی از ترکیب اقیانوس هستند.

داده‌ها چهار علامت طیفی قوی از دی اکسید کربن را در تارا ریجیو نشان دادند که منطقه‌ای به وسعت 1,800 کیلومتر از زمین‌های هرج و مرج در نیمکره اصلی اروپا است. دانشمندان همچنین سیگنال ضعیف تری از دی اکسید کربن را در منطقه دیگری از زمین های آشوب به نام Powys Regio شناسایی کردند.

نشانه های دی اکسید کربن در طول موج های طیفی 4.25 و 4.27 میکرون توجه خاصی را به خود جلب کرد. در حالی که مورد دوم انتشار مادون قرمز مورد انتظار یخ دی اکسید کربن خالص است، اولی ترکیبی از دی اکسید کربن و سایر مولکول ها را پیشنهاد می کند.

یکی از تیم ها، به رهبری جرونیمو ویلانووا از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، این ترکیب را به عنوان یخ آبی حاوی دی اکسید کربن و متانول شناسایی کرد. به طرز جالبی، آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که امضای 4.25 میکرونی می‌تواند ناشی از نمک‌هایی باشد که از اقیانوس به سطح آورده شده و تحت تابش قرار می‌گیرند. سپس مخلوط دی اکسید کربن - آب یخ - متانول یا یک لایه نازک در اطراف کریستال های نمک تشکیل می دهد یا در داخل آنها به دام می افتد.

منشأ اولیه

نسبت ایزوتوپ های کربن 12 به کربن 13 در اروپا نیز بسیار جالب است. تیم ویلانووا این نسبت را 83 (+/–19) اندازه‌گیری کرد، و آن را کاملاً در محدوده نسبت‌های اندازه‌گیری شده در قمرهای زحل، سیارک نزدیک به زمین ریوگو که توسط مأموریت هایابوسا-2 ژاپن بازدید کرد، و زمین که دارای کربن 12 است قرار داد. نسبت به کربن 13 89 برای کربن معدنی (یعنی کربنی که به هیدروژن پیوند ندارد). این اشتراک نشان می دهد که برخلاف آب که در نسبت های ایزوتوپی متفاوت در اجرام مختلف رخ می دهد، کربن ساخته شده در جهان ها و قمرهای منظومه شمسی ما از یک منبع می آید.

ویلانووا می گوید: «مقادیر ایزوتوپی، با دقتی که به دست آوردیم، در واقع با مقادیر دیگر قمرها و همچنین برخی مواد اولیه سازگار است. دنیای فیزیک.

به این ترتیب، اندازه‌گیری‌های کربن اروپا اطلاعات بیشتری در مورد ترکیب و توزیع مواد در دیسک پیش ستاره‌ای که حدود 4.5 میلیارد سال پیش منظومه شمسی را تشکیل داد، ارائه می‌کند.

یک اقیانوس اکسید شده

La تیم دوم، شامل سامانتا ترامبو از دانشگاه کرنل و مایکل براون از مؤسسه فناوری کالیفرنیا، بر منشا کربن اروپا متمرکز شد. از آنجایی که JWST هیچ مولکول آلی پیچیده ای را در سطح اروپا شناسایی نکرده است، ترامبو و براون می گویند که این احتمال را از بین می برد که دی اکسید کربن از طریق تفکیک آن مواد آلی تشکیل شده باشد زیرا محیط تابشی اطراف مشتری آنها را از هم جدا می کند. در عوض، مشاهدات نشان می‌دهد که کربن در هنگام رسیدن به سطح، قبلاً به شکل دی اکسید کربن بوده است، که نشان می‌دهد این دی اکسید کربن باید در اقیانوس حل شود.

بر این اساس، ترامبو و براون برخی از نتایج کلی در مورد وضعیت اقیانوس اروپا به دست آوردند. آنها پیشنهاد می کنند که اقیانوس به شدت اکسید شده است، که با مدل هایی که حرکت رو به پایین را از طریق یخ اکسیدان هایی مانند اکسیژن مولکولی و پراکسید هیدروژن که در محیط تشعشع روی سطح تشکیل شده اند، مطابقت دارد. با این حال، حتی چشم قدرتمند NIRSpec نیز نمی‌توانست تشخیص دهد که دی اکسید کربن از موجودات زنده آمده است یا خیر. ویلانووا موافق است: «اندازه‌گیری‌های بیشتر و دقت‌های بالاتر برای ایجاد بیشتر فرآیندهای شکل‌گیری و تکامل کربن مشاهده‌شده در اروپا مورد نیاز است.

چیز دیگری که به اندازه‌گیری‌های بیشتری نیاز دارد، توده‌های آبی است که در بالای سطح اروپا پاشیده می‌شوند. اگرچه تلسکوپ فضایی هابل در طول 10 سال گذشته در سه نوبت چنین ستون هایی را شناسایی کرده است، JWST در رصدهای خود در نوامبر 2022 هیچ کدام را ندید. اگرچه این بدان معنا نیست که ستون ها واقعی نیستند، اما حد بالایی 300 کیلوگرم را تعیین می کند. در هر ثانیه بر میانگین نرخ پرتاب مواد. همچنین به این معنی است که پرها در صورت وجود باید منقطع باشند.

اطلاعات بیشتر احتمالاً در دهه آینده با آژانس فضایی اروپا به دست خواهد آمد کاوشگر قمرهای یخی مشتری (JUICE) قرار است پس از ورود به سیستم Jovian در سال 2031، دو پرواز اروپا را انجام دهد. ناسا اروپا کلیپر همچنین قرار است این ماموریت در سال 2024 به سمت مشتری حرکت کند و تاریخ ورود آن در سال 2030 برنامه ریزی شده است. مشاهدات JWST نقشی حیاتی در تعیین مکان و مکان این دو ماموریت در سطح اروپا ایفا می کند.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک