Et nytt blikk på hvordan kjemikalier på Jupiters måne Europa kan reagere sammen, kan gi ny innsikt i hvordan kjemiske reaksjoner kan oppstå i månens iskalde skorpe, til tross for frise temperaturer. Fordi reaksjonen skjer uten hjelp av stråling, kan den skje i hele Europas tykke isbelegg. Hvis dette skjer, vil det gjenopprette den nåværende tanken om månens kjemi og geologi og kanskje andre.
Europa har temperaturer mellom 86 og 130 Kelvin (minus 300 til minus 225 grader Fahrenheit), og i de ekstremt kalde forholdene krever de fleste kjemiske reaksjoner en tilførsel av energi fra stråling eller lys. På Europa kommer energien fra partikler fra Jupiters strålingsbelter. Fordi de fleste av disse partiklene trenger bare fraksjoner av en tomme inn i overflaten, stopper modeller av Europas kjemi vanligvis der.
"Når folk snakker om kjemi på Europa, snakker de vanligvis om reaksjoner som er drevet av stråling," sier Goddard-forsker Reggie Hudson. "Når du kommer under Europas overflate, er det kaldt og solid, og du forventer normalt ikke at ting skal skje veldig raskt under disse forholdene," sa Reggie Hudson, fra NASA Goddards Astrochemistry Laboratory.
"Men med den kjemien vi beskriver," sa Mark Loeffler, som er den første forfatteren av papiret som publiseres i Geophysical Research Letters, "du kunne ha isen 10 eller 100 meter tykk, og hvis den har svovel dioksid blandet inn, kommer du til å få en reaksjon. ”
Spektroskopi viser at det er svovel i Europas is, og astronomer mener at det stammer fra vulkanene i Jupiters måne Io, blir deretter ionisert og blir transportert til Europa, hvor det blir innebygd i isen. Men opprinnelig trodde astronomer at ikke mye av en reaksjon kunne oppstå mellom vannis og svovel.
Loeffler og Hudson sprayet vanndamp og svoveldioksidgass på speil i kvart størrelse i et høytvakuumkammer. Fordi speilene ble holdt på omtrent 50 til 100 Kelvin (omtrent minus 370 til minus 280 grader Fahrenheit), kondenserte gassene umiddelbart som is. Etter hvert som reaksjonen gikk, brukte forskerne infrarød spektroskopi for å se på reduksjonen i konsentrasjoner av vann og svoveldioksid og økningen i konsentrasjoner av positive og negative ioner som ble generert.
Selv med de ekstremt kalde temperaturene, reagerte molekylene raskt i isete former. "Ved 130 Kelvin [omtrent minus 225 grader Fahrenheit], som representerer den varme enden av de forventede temperaturene på Europa, er denne reaksjonen i det øyeblikkelig øyeblikkelig," sa Loeffler. Med 100 Kelvin kan du mette reaksjonen etter en halv dag til en dag. Hvis det ikke høres raskt ut, husk at på geologiske tidsrom - milliarder av år - er en dag raskere enn et øyeblikk. "
For å teste reaksjonen la forskerne frossent karbondioksid, også kjent som tørris, som ofte finnes på isete kropper, inkludert Europa. "Hvis frosset karbondioksid hadde blokkert reaksjonen, ville vi ikke være like interessert," sa Hudson, "fordi da ville reaksjonen sannsynligvis ikke være relevant for Europas kjemi. Det ville være en nysgjerrighet på laboratoriet. ” Men reaksjonen fortsatte, noe som betyr at det kan være betydelig på Europa så vel som Ganymede og Callisto, to flere av Jupiters måner og andre steder hvor både vann og svoveldioksid er til stede.
Reaksjonen omdannet en fjerdedel til nesten en tredel av svoveldioksid til forskjellige produkter. "Dette er et uventet høyt utbytte for denne kjemiske reaksjonen," sa Loeffler. "Vi ville vært fornøyd med fem prosent."
Dessuten vil de positive og negative ionene som produseres reagere med andre molekyler. Dette kan føre til en viss spennende kjemi, spesielt fordi bisulfitt, en type svovelion og noen andre produkter fra denne reaksjonen er ildfast-stabile nok til å vare i ganske lang tid.
Dette nye funnet vil helt sikkert be om nye eksterne observasjoner av Europa for å se om bevis for reaksjonsbaserte produkter kan bli funnet.
Kilde: JPL
