ヨーロッパに炭素が豊富な海があるという証拠が明らかに – Physics World

ヨーロッパに炭素が豊富な海があるという証拠が明らかに – Physics World

タイムスタンプ：26年2023月5日27:XNUMX AM

エウロパの画像。中央付近に白い斑点のある、青みがかった丸い物体として表示されます。
氷の表面: JWST の NIRCam で見た木星の衛星エウロパ。 タラ・レージョは中央の白いエリアです。 (提供: NASA、ESA、CSA、ジェロニモ ビジャヌエバ/NASA-GSFC、サマンサ K トランボ/コーネル大学)。

米国の惑星科学者らは、木星の衛星エウロパの表面の炭素をその下の氷の海まで追跡し、海の性質と起源に関する新たな情報を明らかにした。 この発見は、二酸化炭素の形で存在する炭素が、氷の下で起こっている生物学的プロセスから生じたものである可能性があるという宇宙生物学者の期待を高めている。 しかし、エウロパの地表から噴出する水柱の調査は結果が出ず、観測に携わった科学者らは、炭素の生物学的発生源と地質学的発生源を区別するには、より適切な測定が必要であると述べている。

私たちは、木星の巨大な磁気圏のおかげで、エウロパに海があることを知っています。木星の巨大な磁気圏は、塩分を含んだ液体の水の中に磁場を引き起こします。 宇宙生物学者たちはこの海の居住可能性について長年推測してきましたが、月の厚さ23～47キロメートルの氷の殻の下に埋もれているため、研究するのは困難です。

カーボンカオス

最新の研究では、氷を掘って海を直接調査するのではなく、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の近赤外線カメラ（NIRCam）と近赤外線分光計（NIRSpec）を使用して海を私たちに近づけました。 エウロパの表面の特徴の中には、変色した尾根が交差する不規則な形のブロックでいっぱいの領域があります。 カオス地形として知られるこれらの地域は、海洋からの物質が湧き出て地表に到達する場所であると解釈されており、XNUMX つの別々のチームに分かれた科学者が海の組成の証拠を探し求めたのもここです。

このデータは、ヨーロッパの主要な半球にある幅 1,800 キロメートルのカオス地形であるタラ地方で、二酸化炭素の XNUMX つの強力なスペクトルの特徴を示しました。 科学者らはまた、パウィス・レギオと呼ばれるカオス地形の別の地域で、より弱い二酸化炭素の信号を特定した。

4.25 ミクロンと 4.27 ミクロンのスペクトル波長における二酸化炭素の特徴が特に注目を集めました。 後者は純粋な二酸化炭素の氷から予想される赤外線放射ですが、前者は二酸化炭素と他の分子の混合物を示唆しています。

チームの XNUMX つ、 によって導かれて ジェロニモ・ビジャヌエバ NASA のゴダード宇宙飛行センターの研究者らは、この混合物が二酸化炭素とメタノールを混ぜた水氷であると特定しました。 興味深いことに、実験室での実験では、4.25 ミクロンの痕跡は、海から地表にもたらされて放射線を受けた塩に由来する可能性があることが示唆されています。 二酸化炭素、水、氷、メタノールの混合物は、塩の結晶の周りに薄い膜を形成するか、塩の結晶の中に閉じ込められます。

根源的な起源

エウロパの炭素 12 と炭素 13 同位体の比率も非常に興味深いものです。 ビヤヌエバのチームはこの比率を 83 (+/–19) と測定し、土星の衛星、日本のはやぶさ 2 ミッションが訪問した地球近傍小惑星リュウグウ、および炭素 12 を含む地球で測定された比率の範囲内に確実に収まったとしました。無機炭素 (つまり、水素に結合していない炭素) の炭素 13 に対する比率は 89 です。 この共通性は、異なる天体では異なる同位体比で存在する水とは異なり、太陽系の世界や衛星に組み込まれた炭素は同じ起源から来ていることを示唆しています。

「同位体値は、私たちが達成した精度の範囲内で、他の衛星や一部の原始物質の同位体値と実際に一致しています」とビラヌエバ氏は語る 物理学の世界.

そのため、エウロパの炭素の測定により、約 4.5 億年前に太陽系を形成した原始星円盤内の物質の組成と分布についてのさらなる情報が得られます。

酸化した海

　 XNUMX番目のチーム、 からなる サマンサ・トランボ コーネル大学の博士と Michael Brown カリフォルニア工科大学の博士は、ヨーロッパの炭素の起源に焦点を当てました。 JWSTはエウロパの表面に複雑な有機分子を検出しなかったため、これにより、木星の周囲の放射線環境がそれらの有機分子を分解する際に、これらの有機分子の光解離によって二酸化炭素が形成される可能性はなくなるとトランボ氏とブラウン氏は述べている。 むしろ、観測結果は、炭素が地表に到達した時点ですでに二酸化炭素の形になっていたことを示しており、したがってこの二酸化炭素は海洋に溶解しているはずであることを示唆している。

これに基づいて、トランボとブラウンはヨーロッパの海洋の状態についていくつかの一般的な結論を導き出しました。 彼らは、海洋が高度に酸化されていることを示唆しており、これは、表面の放射線環境で形成された酸素分子や過酸化水素などの酸化剤が氷の中を下降する動きを描いたモデルと一致している。 しかし、NIRSpec の強力な目でも、二酸化炭素が生物由来のものであるかどうかを判断することはできませんでした。 「エウロパで観察された炭素の形成と進化のプロセスをさらに確立するには、より多くの測定とより高い精度が必要になるでしょう」とビジャヌエバ氏も同意する。

より多くの測定が必要となるもう 10 つのものは、エウロパの表面上空に噴き出す水柱です。 ハッブル宇宙望遠鏡は過去 2022 年間にこのようなプルームを 300 回検出しましたが、JWST は XNUMX 年 XNUMX 月の観測では何も観測しませんでした。これはプルームが本物ではないという意味ではありませんが、上限は XNUMX キログラムに設定されています。 XNUMX 秒あたりの物質の平均噴出速度。 また、プルームが存在する場合、それは断続的でなければならないことも意味します。

さらなる情報は、欧州宇宙機関の発表により、今後 XNUMX 年以内に得られる可能性があります。 木星アイシームーンエクスプローラー (JUICE) エウロパは 2031 年に木星系に到着後、XNUMX 回のフライバイを行う予定。NASA の ヨーロッパクリッパー このミッションは2024年に木星に向けて出発する予定で、到着予定日は2030年である。JWSTの観測は、XNUMXつのミッションがエウロパの表面のどこで何を研究すべきかを決定する上で重要な役割を果たすだろう。

タイムスタンプ：

より多くの 物理学の世界