木卫二上存在富含碳的海洋的证据出现 - 物理世界

木卫二上存在富含碳的海洋的证据出现 - 物理世界

时间戳记：26年2023月5日上午27:XNUMX

欧罗巴的图像，它看起来是一个圆形的蓝色物体，中心附近有一个白色斑点
冰冷的表面：JWST 的 NIRCam 所看到的木星的卫星欧罗巴。 塔拉区是中心的白色区域。 （由 NASA、ESA、CSA、Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC、Samantha K Trumbo/康奈尔大学提供）。

美国的行星科学家追踪了木星卫星欧罗巴表面的碳到其下方冰冷的海洋，揭示了有关海洋性质和起源的新信息。 这一发现让天体生物学家燃起了希望，即以二氧化碳形式存在的碳可能源于冰下发生的生物过程。 然而，对从木卫二表面喷出的水羽的搜索却一无所获，参与观测的科学家表示，需要更好的测量来区分碳的生物来源和地质来源。

由于木星巨大的磁层，我们知道木卫二上有海洋，它在咸液态水中感应出磁场。 天体生物学家多年来一直在猜测这片海洋的宜居性，但研究起来很困难，因为它埋在月球 23-47 公里厚的冰壳下面。

碳混乱

最新的研究没有直接挖掘冰层来探测海洋，而是使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的近红外相机（NIRCam）和近红外光谱仪（NIRSpec）来拉近海洋离我们的距离。 欧罗巴表面的特征之一是充满了不规则形状的块体的区域，这些块体由变色的山脊纵横交错。 这些区域被称为混沌地形，被认为是海洋物质涌出并到达地表的地方，两个不同团队的科学家正是在这里寻找海洋成分的证据。

数据显示，塔拉区 (Tara Regio) 存在四种强烈的二氧化碳光谱特征，塔拉区是欧罗巴主导半球上一片 1,800 公里宽的混沌地形区域。 科学家们还在另一个名为波伊斯地区的混沌地形区域发现了较弱的二氧化碳信号。

4.25 和 4.27 微米光谱波长处的二氧化碳特征引起了特别关注。 后者是纯二氧化碳冰的预期红外发射，而前者则表明是二氧化碳和其他分子的混合物。

球队之一， 由...领着 杰罗尼莫·维拉纽瓦 美国宇航局戈达德太空飞行中心的科学家鉴定出这种混合物是含有二氧化碳和甲醇的水冰。 有趣的是，实验室实验表明，4.25 微米的特征可能源于盐从海洋被带到表面并受到辐射。 然后，二氧化碳-水、冰-甲醇混合物要么在盐晶体周围形成薄膜，要么被困在盐晶体内部。

原始起源

木卫二上碳 12 与碳 13 同位素的比率也引起了人们的极大兴趣。 Villanueva 团队测得的这一比率为 83 (+/-19)，完全处于土星卫星、日本隼鸟 2 号任务访问的近地小行星龙宫以及拥有碳 12 的地球上测得的比率范围内。无机碳（即不与氢键合的碳）与碳 13 的比率为 89。 这种共性表明，与水不同，水在不同的天体上以不同的同位素比例存在，而构成太阳系世界和卫星的碳来自同一来源。

“在我们达到的精度范围内，同位素值确实与其他卫星以及一些原始材料的同位素值一致，”维拉纽瓦告诉 物理世界.

因此，对木卫二碳的测量提供了有关大约 4.5 亿年前形成太阳系的原恒星盘中材料的成分和分布的更多信息。

氧化海洋

第二队， 包含由...组成 萨曼莎·特朗博 康奈尔大学和 Michael Brown 加州理工学院的教授，重点研究木卫二碳的起源。 由于 JWST 在木卫二表面没有检测到复杂的有机分子，特朗博和布朗表示，这消除了木星周围的辐射环境将这些有机物分解时通过光解离形成二氧化碳的任何可能性。 相反，观测结果表明，碳在到达表面时已经以二氧化碳的形式存在，这表明这种二氧化碳必定溶解在海洋中。

在此基础上，特朗博和布朗得出了一些关于木卫二海洋状况的一般性结论。 他们认为海洋是高度氧化的，这与描述在表面辐射环境中形成的氧化剂（例如分子氧和过氧化氢）穿过冰向下运动的模型是一致的。 然而，即使 NIRSpec 强大的眼睛也无法确定二氧化碳是否来自生物体。 “需要更多的测量和更高的精度来进一步确定木卫二上观测到的碳的形成和演化过程，”维拉纽瓦表示同意。

其他需要更多测量的东西是木卫二表面高处喷射的水羽。 尽管哈勃太空望远镜在过去 10 年中曾 2022 次探测到此类羽流，但 JWST 在 300 年 XNUMX 月的观测中却没有发现任何羽流。虽然这并不意味着这些羽流不真实，但它确实设定了 XNUMX 公斤的上限每秒材料喷出的平均速率。 这也意味着羽流如果存在的话，一定是间歇性的。

欧洲航天局可能会在未来十年内提供更多信息 木星冰卫星探险家 (JUICE) 将于 2031 年抵达木星系统后对其进行两次飞越。NASA 欧罗巴快船 该任务还定于 2024 年启航前往木星，计划于 2030 年抵达木星。JWST 的观测将在确定这两个任务应在木卫二表面研究的位置和内容方面发挥至关重要的作用。

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