Xuất hiện bằng chứng về đại dương giàu carbon trên Europa – Vật lý Thế giới

Xuất hiện bằng chứng về đại dương giàu carbon trên Europa – Vật lý Thế giới

Dấu thời gian: Ngày 26 tháng 2023 năm 5 27:XNUMX AM

Hình ảnh của Europa, xuất hiện dưới dạng một vật thể tròn, màu xanh lam với một đốm trắng gần trung tâm
Bề mặt băng giá: Mặt trăng Europa của Sao Mộc, được nhìn thấy bởi NIRCam của JWST. Tara Regio là khu vực màu trắng ở trung tâm. (Được phép: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Đại học Cornell).

Các nhà khoa học hành tinh ở Mỹ đã tìm ra dấu vết carbon trên bề mặt mặt trăng Europa của Sao Mộc đến đại dương băng giá bên dưới nó, tiết lộ thông tin mới về bản chất và nguồn gốc của đại dương. Phát hiện này làm tăng hy vọng của các nhà sinh vật học vũ trụ rằng carbon tồn tại dưới dạng carbon dioxide có thể xuất phát từ các quá trình sinh học diễn ra dưới lớp băng. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các luồng nước phun ra từ bề mặt Europa đều không có kết quả và các nhà khoa học tham gia quan sát nói rằng cần có các phép đo tốt hơn để phân biệt giữa nguồn carbon sinh học và địa chất.

Chúng ta biết có một đại dương trên Europa nhờ từ quyển rộng lớn của Sao Mộc, tạo ra từ trường bên trong nước lỏng có vị mặn. Các nhà sinh vật học vũ trụ đã suy đoán về khả năng sinh sống của đại dương này trong nhiều năm, nhưng rất khó nghiên cứu vì nó bị chôn vùi bên dưới lớp băng dày 23–47 km của mặt trăng.

Hỗn loạn cacbon

Thay vì đào xuyên qua lớp băng để thăm dò trực tiếp đại dương, các nghiên cứu mới nhất đã sử dụng Camera cận hồng ngoại (NIRCam) và Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec) trên Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) để đưa đại dương đến gần chúng ta hơn. Trong số các đặc điểm trên bề mặt Europa là các khu vực chứa đầy các khối có hình dạng bất thường đan xen bởi các đường gờ bị đổi màu. Được biết đến là địa hình hỗn loạn, những khu vực này được hiểu là địa điểm nơi vật chất từ ​​​​đại dương dâng lên và chạm tới bề mặt, và chính tại đây, các nhà khoa học thuộc hai nhóm riêng biệt đã săn lùng bằng chứng về thành phần của đại dương.

Dữ liệu cho thấy bốn dấu hiệu quang phổ mạnh của carbon dioxide ở Tara Regio, một khu vực địa hình hỗn loạn rộng 1,800 km trên bán cầu chính của Europa. Các nhà khoa học cũng xác định được tín hiệu yếu hơn của carbon dioxide ở một khu vực có địa hình hỗn loạn khác có tên là Powys Regio.

Dấu hiệu của carbon dioxide ở bước sóng quang phổ 4.25 và 4.27 micron gây chú ý đặc biệt. Trong khi cái sau là sự phát xạ hồng ngoại dự kiến ​​của băng carbon dioxide nguyên chất, thì cái trước gợi ý một hỗn hợp của carbon dioxide và các phân tử khác.

Một trong những đội, do Geronimo Villanueva thuộc Trung tâm bay không gian Goddard của NASA, đã xác định hỗn hợp này là nước đá có chứa carbon dioxide và metanol. Điều thú vị là các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy rằng dấu hiệu 4.25 micron có thể xuất phát từ việc muối được đưa lên bề mặt từ đại dương và bị chiếu xạ. Hỗn hợp carbon dioxide-nước đá-metanol sau đó tạo thành một màng mỏng bao quanh các tinh thể muối hoặc bị giữ lại bên trong chúng.

Nguồn gốc nguyên thủy

Tỷ lệ đồng vị carbon-12 và carbon-13 trên Europa cũng rất được quan tâm. Nhóm của Villanueva đã đo tỷ lệ này là 83 (+/–19), đặt nó chắc chắn trong giới hạn của các tỷ lệ đo được trên các mặt trăng của Sao Thổ, tiểu hành tinh gần Trái đất Ryugu mà sứ mệnh Hayabusa-2 của Nhật Bản ghé thăm và Trái đất, nơi có lượng carbon-12 tỷ lệ carbon-13 là 89 đối với carbon vô cơ (nghĩa là carbon không liên kết với hydro). Điểm chung này cho thấy rằng, không giống như nước, xuất hiện ở các tỷ lệ đồng vị khác nhau trên các vật thể khác nhau, carbon được tạo ra trong các thế giới và mặt trăng trong hệ mặt trời của chúng ta đến từ cùng một nguồn.

Villanueva nói: “Các giá trị đồng vị, trong độ chính xác mà chúng tôi đạt được, thực sự phù hợp với giá trị của các mặt trăng khác và cả của một số vật liệu nguyên thủy”. Thế giới vật lý.

Như vậy, các phép đo lượng carbon của Europa cung cấp thêm thông tin về thành phần và sự phân bố vật liệu trong đĩa tiền sao đã hình thành nên hệ mặt trời khoảng 4.5 tỷ năm trước.

Đại dương bị oxy hóa

Sản phẩm đội thứ hai, bao gồm Samantha Trumbo của Đại học Cornell và Michael Brown của Viện Công nghệ California, tập trung vào nguồn gốc carbon của Europa. Vì JWST không phát hiện thấy phân tử hữu cơ phức tạp nào trên bề mặt Europa nên Trumbo và Brown cho biết điều này loại bỏ mọi khả năng carbon dioxide hình thành thông qua quá trình quang phân ly của các chất hữu cơ đó khi môi trường bức xạ xung quanh Sao Mộc phá vỡ chúng. Thay vào đó, các quan sát chỉ ra rằng carbon đã ở dạng carbon dioxide khi nó chạm tới bề mặt, cho thấy rằng lượng carbon dioxide này phải được hòa tan trong đại dương.

Trên cơ sở này, Trumbo và Brown đã rút ra một số kết luận chung về tình trạng của đại dương Europa. Họ cho rằng đại dương bị oxy hóa mạnh, phù hợp với các mô hình mô tả chuyển động đi xuống qua lớp băng của các chất oxy hóa như oxy phân tử và hydro peroxide hình thành trong môi trường bức xạ trên bề mặt. Tuy nhiên, ngay cả con mắt tinh tường của NIRSpec cũng không thể xác định được liệu carbon dioxide có đến từ các sinh vật sống hay không. Villanueva đồng ý: “Cần có nhiều phép đo hơn và độ chính xác cao hơn để thiết lập thêm quá trình hình thành và tiến hóa của carbon quan sát được trên Europa”.

Một thứ khác đòi hỏi nhiều phép đo hơn là những luồng nước phun cao trên bề mặt Europa. Mặc dù Kính viễn vọng Không gian Hubble đã phát hiện những luồng khí như vậy ba lần trong 10 năm qua, nhưng JWST không phát hiện thấy điều gì trong các lần quan sát vào tháng 2022 năm 300. Mặc dù điều này không có nghĩa là các luồng khí này không có thật nhưng nó đặt ra giới hạn trên là XNUMX kg mỗi giây về tốc độ trung bình của vật liệu phun ra. Điều đó cũng có nghĩa là các luồng khí, nếu chúng tồn tại, phải không liên tục.

Thông tin thêm có thể sẽ đến trong thập kỷ tới, với cơ quan của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu Nhà thám hiểm mặt trăng băng giá của sao Mộc (JUICE) sẽ thực hiện hai chuyến bay ngang qua Europa khi nó đến hệ sao Mộc vào năm 2031. NASA tông đơ châu âu sứ mệnh cũng dự kiến ​​khởi hành tới Sao Mộc vào năm 2024, với thời gian đến dự kiến ​​là vào năm 2030. Các quan sát của JWST sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định địa điểm và nội dung mà hai sứ mệnh nên nghiên cứu trên bề mặt Europa.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý