עולות עדויות לאוקיינוס ​​עשיר בפחמן על אירופה - עולם הפיזיקה

עולות עדויות לאוקיינוס ​​עשיר בפחמן על אירופה - עולם הפיזיקה

חותמת זמן: 26 בספטמבר 2023 5:27

תמונה של אירופה, המופיעה כעצם עגול וכחלחל עם כתם לבן ליד המרכז
משטח קרח: ירח צדק אירופה, כפי שנראה על ידי NIRCam של JWST. טרה רג'יו הוא האזור הלבן במרכז. (באדיבות: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Cornell University).

מדענים פלנטריים בארה"ב איתרו פחמן על פני ירח צדק אירופה עד לאוקיאנוס הקפוא שמתחתיו, וחשפו מידע חדש על טבעו ומקורו של האוקיינוס. התגלית מעוררת תקוות של אסטרוביולוגים שהפחמן, הקיים בצורה של פחמן דו חמצני, עלול לנבוע מתהליכים ביולוגיים המתרחשים מתחת לקרח. עם זאת, חיפוש אחר פלומות מים שפרצו משטחה של אירופה עלה ריק, ומדענים המעורבים בתצפיות אומרים כי יהיה צורך במדידות טובות יותר כדי להבחין בין מקורות ביולוגיים וגיאולוגיים של פחמן.

אנו יודעים שיש אוקיינוס ​​באירופה הודות למגנטוספירה העצומה של צדק, המשרה שדה מגנטי בתוך המים הנוזלים המלוחים. אסטרוביולוגים העלו השערות לגבי יכולת המגורים של האוקיינוס ​​הזה במשך שנים, אבל קשה לחקור אותו מכיוון שהוא קבור מתחת למעטפת הקרח בעובי 23–47 קילומטרים של הירח.

כאוס פחמן

במקום לחפור דרך הקרח כדי לחקור ישירות את האוקיינוס, המחקרים האחרונים השתמשו במצלמה הקרובה לאינפרא אדום (NIRCam) ובספקטרומטר אינפרא אדום קרוב (NIRSpec) בטלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) כדי לקרב את האוקיינוס ​​אלינו. בין המאפיינים על פני השטח של אירופה יש אזורים מלאים בלוקים בעלי צורה לא סדירה שחוצים על ידי רכסים לא צבעוניים. אזורים אלה, הידועים כשטח כאוס, פורשו כאתרים שבהם חומר מהאוקיינוס ​​בולה ומגיע לפני השטח, וכאן חיפשו מדענים בשני צוותים נפרדים עדות להרכב האוקיינוס.

הנתונים הראו ארבע חתימות ספקטרליות חזקות של פחמן דו חמצני בטארה רג'יו, שהוא אזור ברוחב 1,800 קילומטרים של שטח כאוס בחצי הכדור המוביל של אירופה. המדענים זיהו גם אות חלש יותר של פחמן דו חמצני באזור אחר של שטח כאוס בשם Powys Regio.

חתימות של פחמן דו חמצני באורכי גל ספקטרליים של 4.25 ו-4.27 מיקרון הביאו תשומת לב מיוחדת. בעוד שהאחרון הוא פליטת האינפרא אדום הצפויה של קרח פחמן דו חמצני טהור, הראשון מציע תערובת של פחמן דו חמצני ומולקולות אחרות.

אחת הקבוצות, בראשות ג'רונימו וילנואבה ממרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א, זיהה את התערובת הזו כקרח מים עם פחמן דו חמצני ומתנול. באופן מסקרן, ניסויי מעבדה מצביעים על כך שהחתימה של 4.25 מיקרון יכולה לנבוע ממלחים שהועלו לפני השטח מהאוקיינוס ​​והופכים להקרנה. תערובת הפחמן הדו-חמצני-מים קרח-מתנול יוצרת סרט דק סביב גבישי המלח או כלואה בתוכם.

מקור ראשוני

גם היחס בין איזוטופים פחמן-12 לפחמן-13 באירופה הוא בעל עניין עמוק. הצוות של וילנואבה מדד את היחס הזה כ-83 (+/-19), והציב אותו היטב בגבולות היחסים שנמדדו על ירחי שבתאי, האסטרואיד הקרוב לכדור הארץ Ryugu שבו ביקר משימת Hayabusa-2 של יפן, וכדור הארץ, בעל פחמן-12 יחס פחמן-13 של 89 עבור פחמן אנאורגני (כלומר, פחמן שאינו קשור למימן). המשותף הזה מצביע על כך שבניגוד למים, המתרחשים ביחסים איזוטופים שונים בגופים שונים, הפחמן המובנה בעולמות ובירחים של מערכת השמש שלנו מגיע מאותו מקור.

"הערכים האיזוטופים, במסגרת הדיוק שהשגנו, אכן עולים בקנה אחד עם זה של ירחים אחרים וגם של כמה חומרים קדמוניים", אומר וילנואבה עולם הפיזיקה.

ככזה, מדידות של הפחמן של אירופה מספקות מידע נוסף על הרכב והתפוצה של חומרים בדיסק הפרוטו-כוכבי שיצר את מערכת השמש לפני כ-4.5 מיליארד שנים.

אוקיינוס ​​מחומצן

השמיים צוות שני, בהיקף של סמנתה טרמבו מאוניברסיטת קורנל ו מייקל בראון מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, התמקד במקורות הפחמן של אירופה. מאחר שה-JWST לא זיהה מולקולות אורגניות מורכבות על פני השטח של אירופה, טרמבו ובראון אומרים שזה מבטל כל סיכוי שהפחמן הדו-חמצני שנוצר באמצעות פוטו-דיסוציאציה של אותם אורגניים כאשר סביבת הקרינה סביב צדק מפרקת אותם. במקום זאת, התצפיות מצביעות על כך שהפחמן כבר היה בצורת פחמן דו חמצני כשהגיע לפני השטח, מה שמצביע על כך שפחמן דו חמצני זה חייב להיות מומס באוקיינוס.

על בסיס זה, טרמבו ובראון הסיקו כמה מסקנות כלליות לגבי מצב האוקיינוס ​​של אירופה. הם מציעים שהאוקיינוס ​​מחומצן מאוד, מה שעולה בקנה אחד עם מודלים המתארים את התנועה כלפי מטה דרך הקרח של חומרים מחמצנים כמו חמצן מולקולרי ומי חמצן שנוצרו בסביבת הקרינה על פני השטח. עם זאת, אפילו העין החזקה של NIRSpec לא יכלה לקבוע אם הפחמן הדו חמצני הגיע מאורגניזמים חיים. "יידרשו מדידות נוספות ודיוקים גבוהים יותר כדי לבסס עוד יותר את תהליכי היווצרות והתפתחות של הפחמן הנצפה באירופה", מסכים וילנואבה.

משהו אחר שידרוש מדידות נוספות הוא תעלות המים המתזות גבוה מעל פני השטח של אירופה. למרות שטלסקופ החלל האבל זיהה פלומות כאלה בשלוש הזדמנויות במהלך 10 השנים האחרונות, ה-JWST לא ראה אף אחד במהלך התצפיות שלו בנובמבר 2022. אמנם זה לא אומר שהנומרות אינן אמיתיות, אבל הוא מציבה גבול עליון של 300 קילוגרם. לשנייה על הקצב הממוצע של פליטת החומר החוצה. זה גם אומר שהנוצות, אם הן קיימות, חייבות להיות לסירוגין.

מידע נוסף עשוי להגיע במהלך העשור הבא, עם סוכנות החלל האירופית צדק אייס ירחים סייר (JUICE) אמור לבצע שתי טיסות טיס של אירופה ברגע שהיא תגיע למערכת הג'וביאנית ב-2031. אירופה קליפר המשימה אמורה להפליג גם לצדק בשנת 2024, עם תאריך הגעה מתוכנן בשנת 2030. התצפיות של ה-JWST ימלאו תפקיד חיוני בקביעת היכן, ומה, שתי המשימות צריכות ללמוד על פני השטח של אירופה.

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה