Bevis dyker upp för ett kolrikt hav på Europa – Physics World

Bevis dyker upp för ett kolrikt hav på Europa – Physics World

Tidsstämpel: 26 september, 2023 5:27

Bild av Europa, som visas som ett runt, blåaktigt föremål med en vit fläck nära mitten
Isig yta: Jupiters måne Europa, sett av JWST:s NIRCam. Tara Regio är det vita området i centrum. (Med tillstånd: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Cornell University).

Planetforskare i USA har spårat kol på ytan av Jupiters måne Europa till det isiga havet under den, och avslöjat ny information om havets natur och ursprung. Upptäckten väcker astrobiologers förhoppningar om att kolet, som finns i form av koldioxid, kan härröra från biologiska processer som äger rum under isen. En sökning efter vattenplymer som sprack ut från Europas yta kom dock upp tom, och forskare som var involverade i observationerna säger att bättre mätningar kommer att behövas för att skilja mellan biologiska och geologiska kolkällor.

Vi vet att det finns ett hav på Europa tack vare Jupiters enorma magnetosfär, som inducerar ett magnetfält i det salta flytande vattnet. Astrobiologer har spekulerat om det här havets beboelighet i flera år, men det är svårt att studera eftersom det är begravt under månens 23–47 kilometer tjocka isskal.

Kolkaos

Istället för att gräva genom isen för att sondera havet direkt, använde de senaste studierna Near-Infrared Camera (NIRCam) och Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) på James Webb Space Telescope (JWST) för att föra havet närmare oss. Bland funktionerna på Europas yta finns områden fulla av oregelbundet formade block som korsas av missfärgade åsar. Kända som kaos terräng, har dessa regioner tolkats som platser där material från havet väller upp och når ytan, och det är här som forskare i två separata team jagade efter bevis på havets sammansättning.

Data visade fyra starka spektrala signaturer av koldioxid i Tara Regio, som är ett 1,800 XNUMX kilometer brett område av kaosterräng på Europas ledande halvklot. Forskarna identifierade också en svagare signal av koldioxid i ett annat område av kaos terräng som kallas Powys Regio.

Signaturer av koldioxid vid spektrala våglängder på 4.25 och 4.27 mikron väckte särskild uppmärksamhet. Medan det senare är det förväntade infraröda utsläppet av ren koldioxidis, föreslår det förra en blandning av koldioxid och andra molekyler.

Ett av lagen, ledd av Geronimo Villanueva från NASA:s Goddard Space Flight Center, identifierade denna blandning som vattenis spetsad med koldioxid och metanol. Spännande nog tyder laboratorieexperiment på att signaturen på 4.25 mikron kan härröra från att salter förs upp till ytan från havet och blir bestrålade. Koldioxid-vatten-is-metanolblandningen bildar sedan antingen en tunn film runt saltkristallerna eller fångas inuti dem.

Ett ursprungligt ursprung

Förhållandet mellan kol-12 och kol-13 isotoper på Europa är också av stort intresse. Villanuevas team mätte detta förhållande till 83 (+/–19), och placerade det bestämt inom gränserna för förhållanden som uppmätts på Saturnus månar, den jordnära asteroiden Ryugu som besöktes av Japans Hayabusa-2-uppdrag och jorden, som har en kol-12 till kol-13-förhållandet 89 för oorganiskt kol (det vill säga kol som inte är bundet till väte). Denna gemensamhet antyder att, till skillnad från vatten, som förekommer i olika isotopförhållanden på olika kroppar, kommer kolet som är inbyggt i världarna och månarna i vårt solsystem från samma källa.

"De isotopiska värdena, inom den noggrannhet som vi uppnådde, är verkligen förenliga med de för andra månar och även för vissa urmaterial," säger Villanueva Fysikvärlden.

Som sådan ger mätningar av Europas kol mer information om sammansättningen och fördelningen av material i den proto-stjärnskiva som bildade solsystemet för cirka 4.5 miljarder år sedan.

Ett oxiderat hav

Smakämnen andra laget, bestående av Samantha Trumbo vid Cornell University och Michael Brown vid California Institute of Technology, med fokus på ursprunget till Europas kol. Eftersom JWST inte upptäckte några komplexa organiska molekyler på Europas yta, säger Trumbo och Brown att detta eliminerar varje chans att koldioxiden som bildas via fotodissociation av dessa organiska ämnen när strålningsmiljön runt Jupiter bryter isär dem. Istället tyder observationerna på att kolet redan var i form av koldioxid när det nådde ytan, vilket tyder på att denna koldioxid därför måste lösas i havet.

På grundval av detta drog Trumbo och Brown några allmänna slutsatser om tillståndet i Europas hav. De antyder att havet är starkt oxiderat, vilket stämmer överens med modeller som skildrar den nedåtgående rörelsen genom isen av oxidanter som molekylärt syre och väteperoxid som bildas i strålningsmiljön på ytan. Men inte ens NIRSpecs kraftfulla öga kunde avgöra om koldioxiden kom från levande organismer. "Fler mätningar och högre noggrannhet kommer att behövas för att ytterligare fastställa bildnings- och utvecklingsprocesserna för det observerade kolet på Europa," instämmer Villanueva.

Något annat som kommer att kräva fler mätningar är de vattenplymer som sprutar högt över Europas yta. Även om rymdteleskopet Hubble upptäckt sådana plymer vid tre tillfällen under de senaste 10 åren, såg JWST ingen under sina observationer i november 2022. Även om detta inte betyder att plymerna inte är verkliga, sätter den en övre gräns på 300 kilo. per sekund på medelhastigheten för material som spyr ut. Det betyder också att plymerna, om de finns, måste vara intermittenta.

Ytterligare information kommer sannolikt att komma inom det kommande decenniet, med Europeiska rymdorganisationens Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) kommer att utföra två förbiflygningar av Europa när den anländer till det jovianska systemet 2031. NASA:s europeisk klippare Uppdraget ska också avsegla mot Jupiter 2024, med ett planerat ankomstdatum 2030. JWST:s observationer kommer att spela en avgörande roll för att avgöra var och vad de två uppdragen ska studera på Europas yta.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden