Er komen bewijzen naar voren voor een koolstofrijke oceaan op Europa – Physics World

Er komen bewijzen naar voren voor een koolstofrijke oceaan op Europa – Physics World

Tijdstempel: 26 september 2023 5:27 uur

Afbeelding van Europa, dat verschijnt als een rond, blauwachtig object met een witte vlek nabij het midden
IJzig oppervlak: Jupiters maan Europa, zoals gezien door JWST's NIRCam. Tara Regio is het witte gebied in het centrum. (Met dank aan: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Cornell University).

Planetaire wetenschappers in de VS hebben koolstof op het oppervlak van Jupiters maan Europa getraceerd tot aan de ijskoude oceaan eronder, waardoor nieuwe informatie over de aard en oorsprong van de oceaan is onthuld. De ontdekking wekt de hoop van astrobiologen dat de koolstof, die bestaat in de vorm van koolstofdioxide, afkomstig zou kunnen zijn van biologische processen die plaatsvinden onder het ijs. Een zoektocht naar waterpluimen die uit het Europese oppervlak barsten, leverde echter niets op, en wetenschappers die bij de waarnemingen betrokken waren, zeggen dat betere metingen nodig zullen zijn om onderscheid te maken tussen biologische en geologische koolstofbronnen.

We weten dat er een oceaan op Europa is dankzij de immense magnetosfeer van Jupiter, die een magnetisch veld opwekt in het zoute vloeibare water. Astrobiologen speculeren al jaren over de bewoonbaarheid van deze oceaan, maar deze is moeilijk te bestuderen omdat deze begraven ligt onder de 23 tot 47 kilometer dikke ijslaag van de maan.

Koolstof chaos

In plaats van door het ijs te graven om de oceaan rechtstreeks te onderzoeken, maakten de laatste onderzoeken gebruik van de Near-Infrared Camera (NIRCam) en Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) van de James Webb Space Telescope (JWST) om de oceaan dichter bij ons te brengen. Tot de kenmerken op het oppervlak van Europa behoren gebieden vol onregelmatig gevormde blokken, doorkruist door verkleurde ruggen. Deze gebieden staan ​​bekend als chaosterrein en zijn geïnterpreteerd als locaties waar materiaal uit de oceaan opwelt en het oppervlak bereikt. Het is hier dat wetenschappers in twee afzonderlijke teams op jacht gingen naar bewijs van de samenstelling van de oceaan.

De gegevens lieten vier sterke spectrale kenmerken van kooldioxide zien in Tara Regio, een 1,800 kilometer breed gebied met chaos op het leidende halfrond van Europa. De wetenschappers identificeerden ook een zwakker signaal van koolstofdioxide in een ander gebied met chaos, genaamd Powys Regio.

Kenmerken van koolstofdioxide bij spectrale golflengten van 4.25 en 4.27 micron trokken bijzondere aandacht. Terwijl de laatste de verwachte infraroodemissie van puur koolstofdioxide-ijs is, suggereert de eerste een mengsel van koolstofdioxide en andere moleculen.

Eén van de elftallen, geleid door Geronimo Villanueva van NASA's Goddard Space Flight Center, identificeerde dit mengsel als waterijs doorspekt met kooldioxide en methanol. Intrigerend genoeg suggereren laboratoriumexperimenten dat de signatuur van 4.25 micron zou kunnen voortkomen uit het feit dat zouten vanuit de oceaan naar de oppervlakte worden gebracht en worden bestraald. Het kooldioxide-water-ijs-methanolmengsel vormt dan een dunne film rond de zoutkristallen of wordt daarin opgesloten.

Een oeroorsprong

De verhouding tussen koolstof-12 en koolstof-13-isotopen op Europa is ook van groot belang. Het team van Villanueva mat deze verhouding op 83 (+/–19), waarmee ze stevig binnen de grenzen van de verhoudingen kwam die zijn gemeten op de manen van Saturnus, de nabij de aarde gelegen asteroïde Ryugu die werd bezocht door de Japanse Hayabusa-2-missie, en de aarde, die een koolstof-12-gehalte heeft. tot koolstof-13-verhouding van 89 voor anorganische koolstof (dat wil zeggen koolstof die niet aan waterstof is gebonden). Deze gemeenschappelijkheid suggereert dat, in tegenstelling tot water, dat in verschillende isotopenverhoudingen op verschillende lichamen voorkomt, de koolstof die in de werelden en manen van ons zonnestelsel is ingebouwd, uit dezelfde bron komt.

“De isotopische waarden komen, binnen de nauwkeurigheid die we hebben bereikt, inderdaad overeen met die van andere manen en ook met die van sommige oermaterialen”, vertelt Villanueva. Natuurkunde wereld.

Als zodanig verschaffen metingen van Europa's koolstof meer informatie over de samenstelling en distributie van materialen in de proto-stellaire schijf die zo'n 4.5 miljard jaar geleden het zonnestelsel vormde.

Een geoxideerde oceaan

De tweede team, bestaande uit Samantha Trumbo van Cornell Universiteit en Michael Brown van het California Institute of Technology, gericht op de oorsprong van de koolstof in Europa. Omdat de JWST geen complexe organische moleculen op het Europese oppervlak heeft gedetecteerd, zeggen Trumbo en Brown dat dit elke kans elimineert dat de koolstofdioxide die wordt gevormd via fotodissociatie van die organische stoffen, terwijl de stralingsomgeving rond Jupiter ze uit elkaar haalt. In plaats daarvan geven de waarnemingen aan dat de koolstof al in de vorm van koolstofdioxide was toen deze het oppervlak bereikte, wat erop wijst dat deze koolstofdioxide daarom in de oceaan moet worden opgelost.

Op basis hiervan trokken Trumbo en Brown enkele algemene conclusies over de toestand van de Europese oceaan. Ze suggereren dat de oceaan sterk geoxideerd is, wat consistent is met modellen die de neerwaartse beweging door het ijs van oxidatiemiddelen zoals moleculaire zuurstof en waterstofperoxide weergeven die gevormd zijn in de stralingsomgeving op het oppervlak. Maar zelfs het krachtige oog van NIRSpec kon niet bepalen of de kooldioxide afkomstig was van levende organismen. “Er zullen meer metingen en hogere nauwkeurigheid nodig zijn om de vormings- en evolutieprocessen van de waargenomen koolstof op Europa verder vast te stellen”, beaamt Villanueva.

Iets anders waarvoor meer metingen nodig zijn, zijn de waterpluimen die hoog boven het Europese oppervlak spuiten. Hoewel de Hubble-ruimtetelescoop de afgelopen tien jaar drie keer dergelijke pluimen heeft gedetecteerd, heeft de JWST er tijdens zijn waarnemingen in november 10 geen enkele waargenomen. Hoewel dit niet betekent dat de pluimen niet echt zijn, stelt het wel een bovengrens van 2022 kilogram. per seconde op de gemiddelde snelheid waarmee materiaal wordt uitgestoten. Het betekent ook dat de pluimen, als ze bestaan, intermitterend moeten zijn.

Meer informatie zal waarschijnlijk binnen het komende decennium beschikbaar komen via de Europese Ruimtevaartorganisatie Jupiter ijzige manenverkenner (JUICE) zal twee keer langs Europa vliegen zodra het in 2031 in het Joviaanse systeem arriveert. NASA's europa klipper De missie zal in 2024 ook naar Jupiter vertrekken, met een geplande aankomstdatum in 2030. De waarnemingen van de JWST zullen een cruciale rol spelen bij het bepalen waar en wat de twee missies op het Europese oppervlak moeten bestuderen.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld