Księżyc Jowisza, Europa, jest jedną z nielicznych planet w naszym Układzie Słonecznym, na których mogą potencjalnie istnieć warunki odpowiednie do życia. Poprzednie badania wykazały, że pod skorupą wodno-lodową znajduje się słony ocean ciekłej wody ze skalistym dnem morskim. Jednak planetolodzy nie potwierdzili, czy ocean ten zawiera substancje chemiczne potrzebne do życia, zwłaszcza węgiel.
Astronomowie korzystający z danych z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zidentyfikowali dwutlenek węgla w określonym regionie lodowej powierzchni Europy. Analiza wskazuje, że węgiel ten prawdopodobnie pochodzi z podpowierzchniowego oceanu i nie został dostarczony przez meteoryty ani inne źródła zewnętrzne. Co więcej, został zdeponowany w niedawnej geologicznie skali czasowej. Odkrycie to ma ważne implikacje dla potencjalnej możliwości zamieszkania w oceanie Europy.
„Życie na Ziemi lubi różnorodność chemiczną – im więcej różnorodności, tym lepiej. Życie opiera się na węglu. Zrozumienie składu chemicznego oceanu Europy pomoże nam określić, czy jest on wrogi życiu, jakie znamy, czy też może być to dobre miejsce do życia” – powiedział Geronimo Villanueva z należącego do NASA Centrum Lotów Kosmicznych Goddard w Greenbelt w stanie Maryland, główny autor jednego z dwóch niezależnych artykułów opisujących odkrycia.
„Teraz uważamy, że mamy dowody obserwacyjne na to, że węgiel, który widzimy na powierzchni Europy, pochodzi z oceanu. To nie jest trywialna sprawa. Węgiel jest pierwiastkiem niezbędnym biologicznie” – dodała Samantha Trumbo z Cornell University w Ithaca w stanie Nowy Jork, główna autorka drugiego artykułu analizującego te dane.
NASA planuje wystrzelenie statku kosmicznego Europa Clipper, który w październiku 2024 r. wykona dziesiątki bliskich przelotów w pobliżu Europy, aby dokładniej zbadać, czy mogą na niej panować warunki odpowiednie do życia.
Połączenie powierzchnia-ocean
Webb odkrywa, że na powierzchni Europy dwutlenek węgla występuje w największej ilości w regionie zwanym Tara Regio – geologicznie młodym obszarze terenu, na ogół odnowionego, zwanego „terenem chaosu”. Powierzchnia lodu uległa zniszczeniu i prawdopodobnie doszło do wymiany materiału pomiędzy podpowierzchniowym oceanem a lodową powierzchnią.
„Wcześniejsze obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a wskazują na istnienie soli pochodzącej z oceanu w Tara Regio” – wyjaśnił Trumbo. „Teraz widzimy, że tam również występuje duże stężenie dwutlenku węgla. Uważamy, że oznacza to, że węgiel prawdopodobnie ma swoje ostateczne pochodzenie w oceanie wewnętrznym”.
„Naukowcy debatują nad tym, w jakim stopniu ocean Europy łączy się z jego powierzchnią. Myślę, że to pytanie było głównym motorem eksploracji Europy” – powiedziała Villanueva. „To sugeruje, że być może będziemy w stanie dowiedzieć się kilku podstawowych rzeczy na temat składu oceanu, zanim jeszcze przewiercimy się przez lód, aby uzyskać pełny obraz”.
Obydwa zespoły zidentyfikowały dwutlenek węgla, korzystając z danych z integralnej jednostki pola spektrografu bliskiej podczerwieni Webba (NIROSpec). Ten tryb instrumentu zapewnia widma o rozdzielczości 320 x 320 kilometrów (200 x 200 mil) na powierzchni Europy o średnicy 1944 mil, umożliwiając astronomom określenie, gdzie znajdują się określone substancje chemiczne.
Dwutlenek węgla nie jest stabilny na powierzchni Europy. Dlatego naukowcy twierdzą, że jest prawdopodobne, że został dostarczony w niedawnym geologicznie okresie, co potwierdza jego koncentracja w regionie o młodym terenie.
„Te obserwacje zajęły zaledwie kilka minut czasu obserwatorium” – stwierdziła Heidi Hammel ze Stowarzyszenia Uniwersytetów Badań nad Astronomią, interdyscyplinarny naukowiec Webba prowadzący obserwacje Układu Słonecznego w czasie gwarantowanym cyklu 1 Webba. „Nawet w tak krótkim czasie byliśmy w stanie dokonać naprawdę dużych odkryć naukowych. Ta praca daje pierwszą wskazówkę na temat całej niesamowitej nauki o Układzie Słonecznym, którą będziemy mogli wykonać za pomocą Webba”.
Poszukiwanie pióropusza
Zespół Villanuevy szukał także dowodów na pióropusz pary wodnej wydobywający się z powierzchni Europy. Naukowcy korzystający z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a poinformowali o wstępnym wykryciu smug w latach 2013, 2016 i 2017. Znalezienie ostatecznych dowodów było jednak trudne.
Nowe dane Webba nie wskazują na aktywność smugi, co pozwoliło zespołowi Villanuevy ustalić ścisłą górną granicę ilości potencjalnie wyrzucanego materiału. Zespół podkreślił jednak, że ich niewykrycie nie wyklucza powstania smugi.
„Zawsze istnieje możliwość, że smugi te są zmienne i można je zobaczyć tylko w określonych momentach. Jedyne, co możemy powiedzieć ze 100% pewnością, to to, że podczas obserwacji za pomocą Webba nie wykryliśmy smugi na Europie” – powiedział Hammela.
Odkrycia te mogą pomóc w przygotowaniu misji NASA Europa Clipper, a także nadchodzącej misji Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej).
Obydwa artykuły zostaną opublikowane w czasopiśmie Science 21 września.