Det dukker opp bevis for et karbonrikt hav på Europa – Physics World

Det dukker opp bevis for et karbonrikt hav på Europa – Physics World

Tidsstempel: 26. september 2023 5

Bilde av Europa, som fremstår som en rund, blåaktig gjenstand med en hvit flekk nær midten
Isete overflate: Jupiters måne Europa, sett av JWSTs NIRCam. Tara Regio er det hvite området i sentrum. (Med tillatelse: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Cornell University).

Planetforskere i USA har sporet karbon på overflaten av Jupiters måne Europa til det iskalde havet under det, og avslører ny informasjon om havets natur og opprinnelse. Oppdagelsen vekker astrobiologenes håp om at karbonet, som finnes i form av karbondioksid, kan stamme fra biologiske prosesser som foregår under isen. Et søk etter vannplummer som brast ut av Europas overflate ble imidlertid tomt, og forskere involvert i observasjonene sier at det vil være behov for bedre målinger for å skille mellom biologiske og geologiske karbonkilder.

Vi vet at det er et hav på Europa takket være Jupiters enorme magnetosfære, som induserer et magnetfelt i det salte flytende vannet. Astrobiologer har spekulert i levedyktigheten til dette havet i årevis, men det er vanskelig å studere fordi det er begravet under månens 23–47 kilometer tykke isskall.

Karbonkaos

I stedet for å grave gjennom isen for å undersøke havet direkte, brukte de siste studiene Near-Infrared Camera (NIRCam) og Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) på James Webb Space Telescope (JWST) for å bringe havet nærmere oss. Blant funksjonene på Europas overflate er områder fulle av uregelmessig formede blokker på kryss og tvers av misfargede rygger. Disse områdene, kjent som kaosterreng, har blitt tolket som steder der materiale fra havet brøler opp og når overflaten, og det er her forskere i to separate team jaktet på bevis på havets sammensetning.

Dataene viste fire sterke spektrale signaturer av karbondioksid i Tara Regio, som er et 1,800 kilometer bredt område med kaosterreng på Europas ledende halvkule. Forskerne identifiserte også et svakere signal om karbondioksid i et annet område med kaos terreng kalt Powys Regio.

Signaturer av karbondioksid ved spektrale bølgelengder på 4.25 og 4.27 mikron vakte spesiell oppmerksomhet. Mens sistnevnte er det forventede infrarøde utslippet av ren karbondioksid is, antyder førstnevnte en blanding av karbondioksid og andre molekyler.

Et av lagene, ledet av Geronimo Villanueva fra NASAs Goddard Space Flight Center, identifiserte denne blandingen som vannis med karbondioksid og metanol. Interessant nok tyder laboratorieeksperimenter på at signaturen på 4.25 mikron kan stamme fra salter som blir brakt til overflaten fra havet og blir bestrålt. Blandingen av karbondioksid-vann-is-metanol danner deretter enten en tynn film rundt saltkrystallene eller blir fanget inne i dem.

En uropprinnelse

Forholdet mellom karbon-12 og karbon-13 isotoper på Europa er også av stor interesse. Villanuevas team målte dette forholdet til 83 (+/–19), og plasserte det godt innenfor grensene for forhold målt på Saturns måner, den nær-jordiske asteroiden Ryugu besøkt av Japans Hayabusa-2-oppdrag, og Jorden, som har en karbon-12 til karbon-13-forhold på 89 for uorganisk karbon (det vil si karbon som ikke er bundet til hydrogen). Denne fellesheten antyder at, i motsetning til vann, som forekommer i forskjellige isotopforhold på forskjellige legemer, kommer karbonet som er bygget inn i verdenene og månene til vårt solsystem fra samme kilde.

"De isotopiske verdiene, innenfor den nøyaktigheten vi oppnådde, er faktisk i samsvar med verdiene for andre måner og også for noen urmaterialer," forteller Villanueva Fysikkens verden.

Som sådan gir målinger av Europas karbon mer informasjon om sammensetningen og distribusjonen av materialer i protostjerneskiven som dannet solsystemet for rundt 4.5 milliarder år siden.

Et oksidert hav

De andre lag, bestående av Samantha Trumbo fra Cornell University og Michael Brown fra California Institute of Technology, fokusert på opprinnelsen til Europas karbon. Siden JWST ikke oppdaget noen komplekse organiske molekyler på Europas overflate, sier Trumbo og Brown at dette eliminerer enhver sjanse for at karbondioksidet dannet via fotodissosiasjon av disse organiske stoffene ettersom strålingsmiljøet rundt Jupiter bryter dem fra hverandre. I stedet indikerer observasjonene at karbonet allerede var i form av karbondioksid da det nådde overflaten, noe som tyder på at dette karbondioksidet derfor må løses opp i havet.

På dette grunnlaget trakk Trumbo og Brown noen generelle konklusjoner om tilstanden til Europas hav. De antyder at havet er sterkt oksidert, noe som stemmer overens med modeller som viser nedadgående bevegelse gjennom isen av oksidanter som molekylært oksygen og hydrogenperoksid som dannes i strålingsmiljøet på overflaten. Selv NIRSpecs kraftige øye kunne imidlertid ikke fastslå om karbondioksidet kom fra levende organismer. "Flere målinger og høyere nøyaktighet vil være nødvendig for å ytterligere etablere dannelses- og utviklingsprosessene til det observerte karbonet på Europa," sier Villanueva enig.

Noe annet som vil kreve flere målinger er vannsøylene som spruter høyt over Europas overflate. Selv om Hubble-romteleskopet oppdaget slike skyer ved tre anledninger i løpet av de siste 10 årene, så JWST ingen under sine observasjoner i november 2022. Selv om dette ikke betyr at skyene ikke er ekte, setter det en øvre grense på 300 kilo. per sekund på gjennomsnittlig hastighet av materiale som spyr ut. Det betyr også at fjærene, hvis de finnes, må være intermitterende.

Ytterligere informasjon vil sannsynligvis komme innen det neste tiåret, med European Space Agency Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) skal utføre to forbiflyvninger av Europa når den kommer inn i det jovianske systemet i 2031. NASAs europeisk klipper Oppdraget skal også seile til Jupiter i 2024, med en planlagt ankomstdato i 2030. JWSTs observasjoner vil spille en viktig rolle i å bestemme hvor og hva de to oppdragene skal studere på Europas overflate.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden