Dodano: 10 listopad 2020r.

Lód na Europie może świecić w ciemności

Skuta lodem Europa, jeden z księżyców Jowisza, może świecić w ciemności. Jak przekonują naukowcy, może to wynikać z promieniowania, które nieustannie dociera do księżyca ze strony Jowisza i wzbudza procesy fizyczne i chemiczne, które wytwarzają poświatę. Analiza widma tego blasku może dostarczyć nowych informacji na temat składu powierzchni Europy oraz tego, co kryje się pod powierzchnią lodu.

Lód na Europie może świecić w ciemności

 

W nowych badaniach zespół naukowców z Caltech i NASA Jet Propulsion Laboratory kierowany przez fizyka Murthy'ego Gudipatiego sugeruje, że promieniowanie z pola magnetycznego Jowisza może wywoływać świecenie na lodowatej powierzchni pokrywającej Europę. Po serii eksperymentów laboratoryjnych uczeni opisali, jak mógłby wyglądać ten blask i co może powiedzieć nam o składzie lodu na powierzchni Europy. Wyniki analiz zespołu ukazały się na łamach pisma „Nature Astronomy”.

Europa

Europa jest nieco mniejsza od ziemskiego Księżyca. Jednak naukowcy uważają, że znajdują się na niej ogromne ilości ciekłej wody. Być może nawet dwa razy więcej niż jest na Ziemi. Dzięki temperaturze pochodzącej z wnętrza księżyca, w oceanach mogą panować warunki sprzyjające zachodzeniu złożonych reakcji chemicznych.

Analizy danych z sond Galileo oraz Cassini wykazały aktywność gejzerów na tym lodowym księżycu. Potwierdziły to także obserwacje z wykorzystaniem Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Badacze dostrzegli pojawiające się i znikające chmury, prawdopodobnie pary wodnej. Gejzery zostały wykryte podczas tranzytu księżyca na tle Jowisza. Są na tyle duże, że ich pióropusz może sięgać nawet 200 kilometrów. Obserwacji dokonano w świetle ultrafioletowym.

Oddziaływania grawitacyjne z Jowiszem generują siły pływowe i ciepło. Naukowcy podejrzewają, że mogą tam istnieć struktury podobne do kominów hydrotermalnych obecnych na dnie ziemskich oceanów. Na Ziemi w takich środowiskach znaleziono szeroki wachlarz form życia.

Wskazówki dotyczące składu podpowierzchniowego oceanu

Analiza widma promieniowania świetlnego pozwala na odległość poznać skład badanych obiektów. Większość obserwacji na księżycu takim jak Europa jest wykonywanych przy użyciu odbitego światła słonecznego po dziennej stronie księżyca, ale nowe eksperymenty pokazują, jak Europa wyglądałaby w ciemności.

- Byliśmy w stanie przewidzieć, że ta nocna poświata lodu może dostarczyć dodatkowych informacji na temat składu powierzchni Europy. Różnice w tym składzie mogą dać nam wskazówki, czy Europa oferuje warunki odpowiednie do życia - powiedział Gudipati, główny autor publikacji.

Podpowierzchniowy ocean przenika na powierzchnie, chociażby w postaci wspomnianych wcześniej gejzerów. Analizując powierzchnię, naukowcy mogą dowiedzieć się więcej o tym, co kryje się pod spodem.

Skąd ten blask?

Z wcześniejszych obserwacji naukowcy wywnioskowali, że powierzchnia Europy może być wykonana z mieszanki lodu i powszechnie znanych na Ziemi soli, takich jak siarczan magnezu (sól Epsom) i chlorek sodu (sól kuchenna). Nowe badania pokazują, że wprowadzenie takich soli do lodu wodnego w warunkach zbliżonych do Europy i wystawienie go działanie promieniowania wytwarza poświatę.

A Europę nieustannie bombardują strumienie naładowanych cząstek pochodzące z silnego pola magnetycznego Jowisza. Te wysokoenergetyczne cząstki, w tym elektrony, oddziałują z powierzchnią Europy bogatą w lód i sól, powodując złożone procesy fizyczne i chemiczne.

Naukowcy wiedzą, że poświata jest wywoływana przez elektrony penetrujące powierzchnię, które pobudzają cząsteczki znajdujące się pod spodem, a te uwalniają energię w postaci światła widzialnego. Różne związki soli różnie reagują na promieniowanie i mogą emitować swój własny, niepowtarzalny blask. W zależności od składu, taka poświata może wyglądać czasami na zielonkawą, czasami na lekko niebieską lub białą, z różnym stopniem jasności.

- Kiedy próbowaliśmy nowych kompozycji lodowych, blask wyglądał inaczej. Skierowaliśmy więc na nią spektrometr i każdy rodzaj lodu miał inne widmo – przyznał Bryana Henderson z JPL, współautor badań.

Biorąc pod uwagę, że nie znamy jeszcze w pełni składu chemicznego pokrywy lodowej Europy, to, jak wyglądałyby te procesy, nie jest jasne. Żadne obserwatorium naziemne ani kosmiczne nie zarejestrowało tego hipotetycznego blasku. Być może uda się go zobaczyć dzięki misji Europa Clipper, która ma odwiedzić Europę. Start sondy zaplanowano na lata 2023-2025. Orbiter w trakcie swojej misji wykona od 40 do 45 przelotów nad Europą, badając lodową skorupę księżyca i podpowierzchniowy ocean dostarczając dane niezbędne do oceny środowiska Europy.

Obecnie naukowcy mogą jedynie przeprowadzać symulacje, jak mogłoby wyglądać to zjawisko, naśladując zarówno lód Europy, jak i wysokoenergetyczne promieniowanie elektronowe Jowisza.

Eksperymenty

Zespół Gudipatiego rozpoczął eksperymenty z myślą o zupełnie innym badaniu. Uczeni chcieli zobaczyć, jak materiał organiczny pod lodem Europy zareaguje na promieniowanie. Nie spodziewali się, że zobaczą zmiany w samym blasku związane z różnymi kompozycjami lodu. To był - jak przyznali autorzy badań - przypadek.

W szeregu eksperymentów w laboratorium naukowcy schłodzili rdzenie lodu wodnego w aluminiowej rurce, obniżając go do temperatury minus 173,15 st. Celsjusza. Rurki wystawili na impulsy promieniowania elektronowego. Kiedy to zrobili, lód wydzielał poświatę, ale intensywność oświetlenia zależała od tego, jakiego rodzaju chemikalia były obecne w lodzie.

Analogi lodu z Europy emitowały podczas eksperymentów charakterystyczne sygnatury widmowe w obszarze widzialnym pod wpływem promieniowania o wysokiej energii. Okazało się, że obecność chlorku sodu silnie tłumiła blask, podczas gdy siarczan magnezu wzmacniał poświatę. - Gdyby Europa nie była pod wpływem promieniowania, wyglądałaby tak, jak wygląda dla nas nasz Księżyc - ciemna po zacienionej stronie. Ale ponieważ jest stale bombardowana promieniowaniem Jowisza, świeci w ciemności – przyznał Gudipati.

Nowe metody badań

Poza wysunięciem fascynującej hipotezy, że Europa może stale świecić w ciemności, chociaż jesteśmy tak daleko, że nie możemy tego wykryć, odkrycia te mogą utorować drogę nowym metodom badania lodowego księżyca.

Inżynierowie z misji Europa Clipper analizują nowe ustalenia, aby ocenić, czy poświata byłaby wykrywalna przez instrumenty naukowe, które mają zostać zamontowane na statku. Możliwe, że systemy obrazowania sondy będą w stanie obserwować poświatę z planowanej orbity znajdującej się około 50 kilometrów nad powierzchnią, analizować widma i rzucić nowe światło na skład chemiczny lodu księżyca. Dzięki tym badań być może uda się zidentyfikować nowe składniki na powierzchni księżyca lub zawęzić zakres tych, które mogą się tam znajdować.

 

Źródło: NASA, fot. NASA/JPL-Caltech