Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

NASA-forskere bekræfter vanddamp på Europa

Til venstre er et billede af Europa taget fra 2,9 millioner kilometer (1,8 millioner miles) væk den 2. marts, 1979 af rumfartøjet Voyager 1. Dernæst er et farvebillede af Europa taget af rumfartøjet Voyager 2 under dets tætte møde den 9. juli, 1979. Til højre er et billede af Europa lavet ud fra billeder taget af Galileo-rumfartøjet i slutningen af ​​1990'erne. Kredit:NASA/JPL

For fyrre år siden, et Voyager-rumfartøj tog de første nærbilleder af Europa, en af ​​Jupiters 79 måner. Disse afslørede brunlige revner, der skar månens iskolde overflade, som giver Europa udseendet af et blodigt øjeæble. Missioner til det ydre solsystem i årtierne siden har samlet nok yderligere information om Europa til at gøre det til et højt prioriteret mål for undersøgelser i NASA's søgen efter liv.

Det, der gør denne måne så tillokkende, er muligheden for, at den kan besidde alle de ingredienser, der er nødvendige for livet. Forskere har beviser for, at en af ​​disse ingredienser, flydende vand, er til stede under den iskolde overflade og kan nogle gange bryde ud i rummet i enorme gejsere. Men ingen har været i stand til at bekræfte tilstedeværelsen af ​​vand i disse faner ved direkte at måle selve vandmolekylet. Nu, et internationalt forskerhold ledet af NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, har detekteret vanddampen for første gang over Europas overflade. Holdet målte dampen ved at kigge på Europa gennem W. M. Keck Observatory på Hawaii, et af verdens største teleskoper.

Bekræftelse af, at vanddamp er til stede over Europa, hjælper videnskabsmænd med bedre at forstå månens indre funktion. For eksempel, det hjælper med at understøtte en idé, som forskerne er sikre på, at der er et flydende vandhav, muligvis dobbelt så stor som Jordens, skvulper under denne månes miletykke isskal. En anden kilde til vand til fanerne, nogle videnskabsmænd har mistanke om, kunne være lavvandede reservoirer af smeltet vandis ikke langt under Europas overflade. Det er også muligt, at Jupiters stærke strålingsfelt fjerner vandpartikler fra Europas isskal, selvom den nylige undersøgelse argumenterede imod denne mekanisme som kilden til det observerede vand.

"Væsentlige kemiske grundstoffer (kulstof, brint, ilt, nitrogen, fosfor, og svovl) og energikilder, to af tre krav til livet, findes overalt i solsystemet. Men det tredje - flydende vand - er noget svært at finde ud over Jorden, " sagde Lucas Paganini, en planetforsker fra NASA, der ledede undersøgelsen af ​​vanddetektion. "Mens forskerne endnu ikke har opdaget flydende vand direkte, vi har fundet den næstbedste ting:vand i dampform."

I en undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur astronomi , Paganini og hans team rapporterede, at de opdagede nok vand, der frigjorde fra Europa (5, 202 pund, eller 2, 360 kg, sekund) for at fylde en swimmingpool i olympisk størrelse inden for få minutter. Endnu, forskerne fandt også ud af, at vandet forekommer sjældent, i det mindste i mængder, der er store nok til at detektere fra Jorden, sagde Paganini:"For mig, det interessante ved dette arbejde er ikke kun den første direkte påvisning af vand over Europa, men også manglen på samme inden for grænserne af vores detektionsmetode."

Ja, Paganinis hold opdagede det svage, men tydelige signal fra vanddamp kun én gang gennem 17 nætter med observationer mellem 2016 og 2017. Ser man på månen fra Keck Observatory, forskerne så vandmolekyler på Europas førende halvkugle, eller den side af månen, der altid vender i retning af månens kredsløb omkring Jupiter. (Europa, som Jordens måne, er gravitationsmæssigt låst til sin værtsplanet, så den førende halvkugle vender altid retningen af ​​kredsløbet, mens den bagerste halvkugle altid vender i den modsatte retning.)

De brugte Keck Observatory's Near-Infrared Spectrograph (NIRSPEC), som måler den kemiske sammensætning af planetariske atmosfærer gennem det infrarøde lys, de udsender eller absorberer. Molekyler som vand udsender specifikke frekvenser af infrarødt lys, når de interagerer med solstråling.

Kredit:NASA Goddard

Montering af beviser for vand

Før den nylige detektering af vanddamp, der har været mange spændende fund på Europa. Den første kom fra NASAs Galileo-rumfartøj, som målte forstyrrelser i Jupiters magnetfelt nær Europa, mens den kredsede om gasgigantplaneten mellem 1995 og 2003. Målingerne foreslog forskerne, at elektrisk ledende væske, sandsynligvis et salt hav under Europas islag, forårsagede magnetiske forstyrrelser. Da forskere analyserede de magnetiske forstyrrelser nærmere i 2018, de fandt tegn på mulige faner.

I mellemtiden, videnskabsmænd annoncerede i 2013, at de havde brugt NASAs Hubble-rumteleskop til at detektere de kemiske grundstoffer brint (H) og oxygen (O) - komponenter af vand (H2O) - i fanelignende konfigurationer i Europas atmosfære. Og et par år senere, andre videnskabsmænd brugte Hubble til at indsamle flere beviser for mulige faneudbrud, da de tog billeder af fingerlignende projektioner, der dukkede op i silhuet, da månen passerede foran Jupiter.

"Denne første direkte identifikation af vanddamp på Europa er en kritisk bekræftelse af vores oprindelige påvisning af atomarter, og det fremhæver den tilsyneladende sparsomhed af store faner på denne iskolde verden," sagde Lorenz Roth, en astronom og fysiker fra KTH Royal Institute of Technology i Stockholm, der ledede Hubble-undersøgelsen i 2013 og var medforfatter til denne nylige undersøgelse.

Roths forskning, sammen med andre tidligere Europa-fund, kun har målt komponenter af vand over overfladen. Problemet er, at det er udfordrende at opdage vanddamp i andre verdener. Eksisterende rumfartøjer har begrænsede muligheder for at opdage det, og videnskabsmænd, der bruger jordbaserede teleskoper til at lede efter vand i det dybe rum, er nødt til at redegøre for den forvrængende virkning af vand i Jordens atmosfære. For at minimere denne effekt, Paganinis team brugte kompleks matematisk og computermodellering til at simulere forholdene i Jordens atmosfære, så de kunne differentiere Jordens atmosfæriske vand fra Europas i data returneret af NIRSPEC.

"Vi udførte omhyggelige sikkerhedstjek for at fjerne mulige forurenende stoffer i jordbaserede observationer, " sagde Avi Mandell, en Goddard planetarisk videnskabsmand på Paganinis hold. "Men, til sidst, vi bliver nødt til at komme tættere på Europa for at se, hvad der virkelig sker."

Forskere vil snart være i stand til at komme tæt nok på Europa til at afgøre deres dvælende spørgsmål om de indre og ydre funktioner i denne muligvis beboelige verden. Den kommende Europa Clipper-mission, forventes lanceret i midten af ​​2020'erne, vil runde et halvt århundredes videnskabelige opdagelse, der startede med et beskedent foto af en mystisk, venet øjeæble.

Når den ankommer til Europa, Clipper orbiter vil foretage en detaljeret undersøgelse af Europas overflade, dybt indre, tynd atmosfære, underjordiske hav, og potentielt endnu mindre aktive udluftninger. Clipper vil forsøge at tage billeder af eventuelle faner og prøve de molekyler, den finder i atmosfæren med sine massespektrometre. Den vil også opsøge et frugtbart sted, hvorfra en fremtidig Europa-lander kan indsamle en prøve. Disse bestræbelser bør yderligere afsløre Europas hemmeligheder og dets potentiale for livet.


Varme artikler