Et nyt kig på, hvordan kemikalier på Jupiters måne Europa reagerer sammen, kunne give ny indsigt i, hvordan kemiske reaktioner kan forekomme i månens iskolde skorpe på trods af frise temperaturer. Fordi reaktionen finder sted uden hjælp af stråling, kunne den finde sted i hele Europas tykke isbelægning. Hvis dette forekommer, ville det genskabe den nuværende tankegang om månens kemi og geologi og måske andre.
Europa har temperaturer mellem 86 og 130 Kelvin (minus 300 til minus 225 grader Fahrenheit), og under disse ekstremt kolde forhold kræver de fleste kemiske reaktioner en infusion af energi fra stråling eller lys. På Europa kommer energien fra partikler fra Jupiters strålingsbælter. Fordi de fleste af disse partikler trænger bare fraktioner på en tomme ind i overfladen, stopper modeller af Europas kemi typisk der.
”Når folk taler om kemi i Europa, taler de typisk om reaktioner, der er drevet af stråling,” siger Goddard-videnskabsmand Reggie Hudson. ”Når du først kommer under Europas overflade, er det koldt og solidt, og du forventer normalt ikke, at ting skal ske meget hurtigt under disse forhold,” sagde Reggie Hudson fra NASA Goddards Astrochemistry Laboratory.
”Men med den kemi, vi beskriver,” sagde Mark Loeffler, der først er forfatter til papiret, der offentliggøres i Geophysical Research Letters, ”kunne du have is 10 eller 100 meter [ca. 33 eller 330 fod] tyk, og hvis det har svovl blandet dioxid, du får en reaktion. ”
Spektroskopi viser, at der er svovl i Europas is, og astronomer mener, at det stammer fra vulkanerne i Jupiters måne Io, derefter ioniseres og transporteres til Europa, hvor det bliver indlejret i isen. Men oprindeligt troede astronomer, at ikke meget af en reaktion kunne forekomme mellem vandis og svovl.
Loeffler og Hudson sprøjtede vanddamp og svovldioxidgas på kvart spejle i et højvakuumkammer. Da spejle blev holdt på ca. 50 til 100 Kelvin (ca. minus 370 til minus 280 grader Fahrenheit), kondenserede gasserne straks som is. Efterhånden som reaktionen fortsatte, brugte forskerne infrarød spektroskopi for at se faldet i koncentrationer af vand og svovldioxid og stigningen i koncentrationer af genererede positive og negative ioner.
Selv med de ekstremt kolde temperaturer reagerede molekylerne hurtigt i deres iskolde former. "Ved 130 Kelvin [ca. minus 225 grader Fahrenheit], som repræsenterer den varme ende af de forventede temperaturer på Europa, er denne reaktion i det væsentlige øjeblikkelig," sagde Loeffler. ”Ved 100 Kelvin kan du mætte reaktionen efter en halv dag til en dag. Hvis det ikke lyder hurtigt, skal du huske, at det på geologiske tidsrum - milliarder af år - er en dag hurtigere end et øjeblik.
For at teste reaktionen tilføjede forskerne frosset kuldioxid, også kendt som tøris, som ofte findes på iskolde kroppe, herunder Europa. ”Hvis frosset kuldioxid havde blokeret reaktionen, ville vi ikke være næsten lige så interesserede,” sagde Hudson, “for da ville reaktionen sandsynligvis ikke være relevant for Europas kemi. Det ville være et laboratorium nysgerrighed. ” Men reaktionen fortsatte, hvilket betyder, at det kunne være betydningsfuldt på Europa såvel som Ganymede og Callisto, to mere af Jupiters måner og andre steder, hvor både vand og svovldioxid er til stede.
Reaktionen omdannede en fjerdedel til næsten en tredjedel af svovldioxid til forskellige produkter. ”Dette er et uventet højt udbytte for denne kemiske reaktion,” sagde Loeffler. ”Vi ville have været tilfredse med fem procent.”
Derudover reagerer de producerede positive og negative ioner med andre molekyler. Dette kan føre til noget spændende kemi, især fordi bisulfit, en type svovlion og nogle andre produkter fra denne reaktion er ildfast-stabile nok til at vare i lang tid.
Denne nye konstatering vil helt sikkert bede om nye fjernobservationer af Europa for at se, om der kan findes bevis for reaktionsbaserede produkter.
Kilde: JPL
