Eiropa: Bet vai ķīmiskās reakcijas ledus garozā?

Aktīvās ķīmijas iespēja uz Jupitera mēness, neskatoties uz zemu temperatūru

Jupitera mēness ledus garoza Eiropā © NASA / JPL / Arizonas Universitāte
lasīt skaļi

Zem Jupitera mēness Eiropas ledus garozas varētu slēpties vairāk nekā šķidra ūdens okeāns.Pretēji iepriekšējiem pieņēmumiem ķīmiskās reakcijas var notikt arī starp saldētām vielām ledus dziļumā - un tas ir pārsteidzoši ātri, kā rāda laboratorijas eksperimenti. Atzinumi, kas tagad ir iesniegti žurnālā "Geophysical Research Letters", varētu mainīt iepriekšējās idejas par Eiropas, kā arī citu ledus pavadoņu ķīmiju un ģeoloģiju.

Jupitera mēness Eiropu klāj bieza ledus garoza, kas ārkārtīgi aukstuma dēļ gandrīz neļauj ķīmiski reaģēt zem virsmas - tā līdz šim ir domāts. Tā kā mēness temperatūrā no mīnus 187 līdz mīnus 143 grādiem pēc Celsija, lielākajai daļai reakciju ir nepieciešama papildu enerģijas ievade. Zināms ledus mēness enerģijas avots ir augstas enerģijas daļiņu pieplūdums no Jupitera starojuma jostām. Tomēr, tā kā lielākā daļa no šīm daļiņām ledus virsmā iekļūst tikai dažus centimetrus, tās līdz šim lielākoties nav ņemtas vērā ķīmisko procesu modeļos zem ledus segas.

Reakcijas ledus apstākļos pat bez starojuma enerģijas?

"Kad cilvēki runā par ķīmiju Eiropā, tas parasti notiek ar radiācijas palīdzību, " saka Marks Loelers no NASA Goddard kosmosa lidojumu centra. Tomēr tagad viņš un viņa kolēģi laboratorijas eksperimentos ir noskaidrojuši, ka pat bez radiācijas un lielas enerģijas daļiņām zem Eiropas ledus segas varētu notikt reakcijas.

Savu eksperimentu veikšanai pētnieki izsmidzināja ūdens tvaikus un sēra dioksīda gāzi uz spoguļiem augsta vakuuma kamerā, kas tika atdzesēti līdz 50 līdz 100 kelviniem - tas atbilst mīnus 223 līdz mīnus 173 grādiem pēc Celsija. Gāzes nekavējoties kondensējās un kļuva par ledu. Iepriekšējie kosmisko zondu mērījumi parādīja, ka sērs atrodas Eiropas ledus, domājams, no Jupitera mēness Io ledus vulkāniem, bet, iespējams, arī no paša Eiropas Zemākā ledus okeāna. Tomēr, kas ar to notiek, iepriekš nebija zināms.

Jonu veidošanās joprojām mīnus 173 ° C

Ar infrasarkanās spektroskopijas palīdzību zinātnieki novēroja to, kas notiek viņu reakcijas kamerā. Tika parādīts, ka sēra dioksīds reaģēja ar ūdens molekulām, neskatoties uz ārkārtēju aukstumu, un veidoja pozitīvos un negatīvos jonus. "Pie mīnus 143 ° C, kas atbilst siltākajam gaidāmajam temperatūras diapazonam Eiropā, šī reakcija ir gandrīz tūlītēja, " skaidro Loeffler. "Mīnus 173 ° C temperatūrā reakcija sasniedz piesātinājumu pēc aptuveni pus līdz vienas dienas. Tas varbūt neizklausās ātri, bet pēc ģeoloģiskajiem standartiem - miljardiem gadu - diena ir kā acu mirkšķināšana. "Reklāma

Ķīmiskās aktivitātes iespējamas arī zem ledus

"Nokļūstot zem Eiropas virsmas, kad ir auksts un ciets, jūs negaidāt, ka šādos apstākļos lietas notiks ātri, " skaidro Regijs Hudsons, arī Amerikas Savienoto Valstu Goddard centrs. NASA. Viņa kolēģis Loefflers piebilst: "Bet ar šeit aprakstīto ķīmiju jums varētu būt desmit vai simts metru biezs ledus, un, ja tur sajaucas sēra dioksīds, mēs to saņemam."

Laboratorijā reakcija pārveidoja gandrīz trešdaļu sēra dioksīda. "Tas ir negaidīti augsts ieguvums šai ķīmiskajai reakcijai, " saka Loeffler. "Mēs jau būtu apmierināti ar pieciem procentiem." Vēl svarīgāk ir tas, ka pozitīvie un negatīvie joni, kas veidojas šajā reakcijā, var viegli reaģēt ar citām molekulām un tādējādi turpināt procesus uzsāk kustību.

Oglekļa dioksīda ledus nav šķērslis

Lai pārbaudītu, vai šī reakcija notiek arī oglekļa dioksīda ledus klātbūtnē un tādējādi Eiropā valdošajos apstākļos, zinātnieki pēc tam savu reakcijas maisījumu papildināja ar CO2. Arī tas nekavējoties iesaldēja spoguļus, bet netraucēja notiekošajai reakcijai, kā sākotnēji uzskatīja.

"Ja iesaldētais oglekļa dioksīds būtu bloķējis reakciju, mēs gandrīz nemaz nebūtu tik ieinteresēti visā, " skaidro Regžijs Hudsons, arī no NASA Goddard centra. Tad reakcija nebūtu būtiska ķīmiskajiem procesiem Eiropā. Tā būtu tikai laboratorijas zinātkāre. "Bet reakcija netraucēti turpinājās, norādot, ka ne tikai Eiropas ledus, bet arī citi Jupitera pavadoņi, piemēram, Ganimīds un Kallisto, bet arī citi ledus debess ķermeņi varētu izbeigties.

Sākas reakcijas produktu meklēšana

Galīgais laboratorijas rezultātu tests tagad būs tas, vai zondes vai teleskopa dati atrod pierādījumus par iespējamiem šīs reakcijas rezultātiem uz ledusmēness Europa. "Tas ir ārkārtīgi svarīgs iznākums, lai izprastu Eiropas apledojušās garozas ķīmiju un ģeoloģiju, " komentēja Roberts E. Džonsons no Virdžīnijas universitātes Šarlotesvilā. Ja sēra dioksīds reaģē zem virsmas un rada ķīmiskus gružus, kā tagad šķiet, tad attēls pilnībā mainās. Tas varētu ietekmēt ne tikai mūsu izpratni par Eiropu, bet arī modeļu un instrumentu izvēli, kas paredzēti plānotajai Jupiter Europa Orbiter misijai

(NASA / JPL, 07.10.2010. - NPO)