Pojavljajo se dokazi o oceanu, bogatem z ogljikom, v Evropi – svetu fizike

Pojavljajo se dokazi o oceanu, bogatem z ogljikom, v Evropi – svetu fizike

Časovni žig: 26. september 2023 5

Slika Evrope, ki je videti kot okrogel, modrikast predmet z belo liso blizu središča
Ledena površina: Jupitrova luna Evropa, kot jo vidi NIRCam JWST. Tara Regio je belo območje v središču. (Z dovoljenjem: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Univerza Cornell).

Planetarni znanstveniki v ZDA so izsledili ogljik na površini Jupitrove lune Evropa do ledenega oceana pod njo in razkrili nove informacije o naravi in ​​izvoru oceana. Odkritje astrobiologov vzbuja upanje, da bi lahko ogljik, ki obstaja v obliki ogljikovega dioksida, izviral iz bioloških procesov, ki potekajo pod ledom. Vendar pa je iskanje vodnih oblakov, ki izbruhnejo s površja Evrope, obrodilo plodove in znanstveniki, ki sodelujejo pri opazovanjih, pravijo, da bodo potrebne boljše meritve za razlikovanje med biološkimi in geološkimi viri ogljika.

Vemo, da je na Evropi ocean zaradi Jupitrove ogromne magnetosfere, ki inducira magnetno polje v slani tekoči vodi. Astrobiologi že leta ugibajo o bivalnosti tega oceana, vendar ga je težko preučiti, ker je zakopan pod 23–47 kilometrov debelo lupino lune.

Ogljikov kaos

Namesto kopanja po ledu za neposredno raziskovanje oceana so najnovejše študije uporabile kamero bližnjega infrardečega spektra (NIRCam) in spektrometer bližnjega infrardečega spektra (NIRSpec) na vesoljskem teleskopu Jamesa Webba (JWST), da bi nam ocean približale. Med značilnostmi na površju Evrope so območja, polna blokov nepravilnih oblik, prepredenih z razbarvanimi grebeni. Ta območja, znana kot teren kaosa, so si razlagali kot mesta, kjer material iz oceana izvira in doseže površje, in tu so znanstveniki v dveh ločenih ekipah iskali dokaze o sestavi oceana.

Podatki so pokazali štiri močne spektralne podpise ogljikovega dioksida v Tara Regio, ki je 1,800 kilometrov široko območje kaotičnega terena na vodilni polobli Evrope. Znanstveniki so odkrili tudi šibkejši signal ogljikovega dioksida na drugem območju kaosa, imenovanem Powys Regio.

Posebno pozornost so pritegnili podpisi ogljikovega dioksida pri spektralnih valovnih dolžinah 4.25 in 4.27 mikronov. Medtem ko je slednje pričakovana infrardeča emisija čistega ledu iz ogljikovega dioksida, prvo kaže na mešanico ogljikovega dioksida in drugih molekul.

Ena od ekip, voden z Geronimo Villanueva iz Nasinega centra za vesoljske polete Goddard je to mešanico identificiral kot vodni led, prepleten z ogljikovim dioksidom in metanolom. Zanimivo je, da laboratorijski poskusi kažejo, da bi 4.25-mikronski podpis lahko izviral iz soli, ki so bile prinesene na površje iz oceana in obsevane. Mešanica ogljikovega dioksida, vode in ledu ter metanola nato oblikuje tanek film okoli kristalov soli ali pa se ujame v njih.

Prvotni izvor

Zelo zanimivo je tudi razmerje med izotopi ogljika-12 in ogljika-13 na Evropi. Villanuevina ekipa je to razmerje izmerila na 83 (+/–19), kar ga postavlja trdno v meje razmerij, izmerjenih na Saturnovih lunah, asteroidu blizu Zemlje Ryugu, ki ga je obiskala japonska misija Hayabusa-2, in Zemlji, ki ima ogljik-12 razmerje proti ogljiku-13 89 za anorganski ogljik (to je ogljik, ki ni vezan na vodik). Ta skupnost nakazuje, da za razliko od vode, ki se pojavlja v različnih izotopskih razmerjih na različnih telesih, ogljik, vgrajen v svetove in lune našega sončnega sistema, prihaja iz istega vira.

"Izotopske vrednosti so znotraj natančnosti, ki smo jo dosegli, dejansko skladne z vrednostmi drugih lun in tudi nekaterih prvobitnih materialov," pravi Villanueva. Svet fizike.

Kot take meritve ogljika v Evropi zagotavljajo več informacij o sestavi in ​​porazdelitvi materialov v protozvezdnem disku, ki je oblikoval sončni sistem pred približno 4.5 milijardami let.

Oksidirani ocean

O druga ekipa, ki jo sestavljajo Samantha Trumbo Univerze Cornell in Michael Brown s Kalifornijskega tehnološkega inštituta se je osredotočil na izvor ogljika v Evropi. Ker JWST ni zaznal kompleksnih organskih molekul na površju Evrope, Trumbo in Brown pravita, da to odpravlja kakršno koli možnost, da bi ogljikov dioksid nastal s fotodisociacijo teh organskih snovi, ko jih sevalno okolje okoli Jupitra razbije. Namesto tega opažanja kažejo, da je bil ogljik že v obliki ogljikovega dioksida, ko je dosegel površino, kar nakazuje, da mora biti ta ogljikov dioksid zato raztopljen v oceanu.

Na tej podlagi sta Trumbo in Brown potegnila nekaj splošnih zaključkov o stanju evropskega oceana. Predlagajo, da je ocean močno oksidiran, kar je skladno z modeli, ki prikazujejo gibanje navzdol skozi led oksidantov, kot sta molekularni kisik in vodikov peroksid, ki so nastali v okolju sevanja na površini. Vendar pa niti močno oko NIRSpec ni moglo ugotoviti, ali ogljikov dioksid izvira iz živih organizmov. "Potrebnih bo več meritev in večja natančnost za nadaljnjo vzpostavitev procesov nastajanja in razvoja opazovanega ogljika na Evropi," se strinja Villanueva.

Nekaj ​​drugega, kar bo zahtevalo več meritev, so oblaki vode, ki pršijo visoko nad površjem Evrope. Čeprav je vesoljski teleskop Hubble v zadnjih 10 letih trikrat zaznal takšne oblake, jih JWST med svojimi opazovanji novembra 2022 ni videl. Čeprav to ne pomeni, da oblaki niso resnični, postavlja zgornjo mejo 300 kilogramov na sekundo glede na povprečno hitrost izbruha materiala. Pomeni tudi, da morajo biti perjanice, če obstajajo, občasne.

Nadaljnje informacije bodo verjetno prispele v naslednjem desetletju z Evropsko vesoljsko agencijo Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) naj bi izvedel dva preleta Evrope, ko bo prispela v sistem Jovian leta 2031. NASA evropski strižnik misija naj bi odplula proti Jupitru leta 2024, z načrtovanim datumom prihoda leta 2030. Opazovanja JWST bodo imela ključno vlogo pri določanju, kje in kaj naj bi misiji preučevali na površju Evrope.

Časovni žig:

Več od Svet fizike