Ein neuer Blick darauf, wie Chemikalien auf Jupiters Mond Europa zusammen reagieren könnten, könnte neue Erkenntnisse darüber liefern, wie chemische Reaktionen in der eisigen Mondkruste trotz eisiger Temperaturen ablaufen könnten. Da die Reaktion ohne die Hilfe von Strahlung stattfindet, kann sie in der gesamten dicken Eisschicht Europas stattfinden. Wenn dies geschieht, würde dies das derzeitige Denken über die Chemie und Geologie dieses Mondes und vielleicht anderer überarbeiten.
Europa hat Temperaturen um 86 bis 130 Kelvin (minus 300 bis minus 225 Grad Fahrenheit), und unter diesen extrem kalten Bedingungen erfordern die meisten chemischen Reaktionen eine Infusion von Energie aus Strahlung oder Licht. Auf Europa kommt die Energie von Partikeln aus Jupiters Strahlungsgürteln. Da die meisten dieser Partikel nur einen Bruchteil eines Zolls in die Oberfläche eindringen, hören Modelle der europäischen Chemie dort normalerweise auf.
„Wenn Menschen auf Europa über Chemie sprechen, sprechen sie normalerweise über Reaktionen, die durch Strahlung ausgelöst werden“, sagt Reggie Hudson, Wissenschaftlerin bei Goddard. "Sobald Sie unter die Oberfläche Europas gelangen, ist es kalt und fest und Sie erwarten normalerweise nicht, dass die Dinge unter diesen Bedingungen sehr schnell gehen", sagte Reggie Hudson vom Astrochemistry Laboratory der NASA Goddard.
"Aber mit der Chemie, die wir beschreiben", sagte Mark Loeffler, der der erste Autor des in Geophysical Research Letters veröffentlichten Papiers ist, "könnte man Eis mit einer Dicke von 10 oder 100 Metern haben, und wenn es Schwefel enthält." eingemischtes Dioxid, du wirst eine Reaktion haben. “
Die Spektroskopie zeigt, dass sich im Eis Europas Schwefel befindet, und Astronomen glauben, dass er aus den Vulkanen von Jupiters Mond Io stammt, dann ionisiert und nach Europa transportiert wird, wo er in das Eis eingebettet wird. Ursprünglich dachten die Astronomen jedoch, dass zwischen Wassereis und Schwefel keine große Reaktion auftreten könnte.
Loeffler und Hudson sprühten Wasserdampf und Schwefeldioxidgas in einer Hochvakuumkammer auf viertelgroße Spiegel. Da die Spiegel bei etwa 50 bis 100 Kelvin (etwa minus 370 bis minus 280 Grad Fahrenheit) gehalten wurden, kondensierten die Gase sofort als Eis. Im Verlauf der Reaktion beobachteten die Forscher mithilfe der Infrarotspektroskopie die Abnahme der Konzentrationen von Wasser und Schwefeldioxid sowie die Zunahme der Konzentrationen der erzeugten positiven und negativen Ionen.
Trotz der extrem kalten Temperaturen reagierten die Moleküle schnell in ihren eisigen Formen. "Bei 130 Kelvin [ungefähr minus 225 Grad Fahrenheit], was das warme Ende der erwarteten Temperaturen auf Europa darstellt, ist diese Reaktion im Wesentlichen augenblicklich", sagte Loeffler. „Bei 100 Kelvin kann man die Reaktion nach einem halben Tag bis zu einem Tag sättigen. Wenn das nicht schnell klingt, denken Sie daran, dass in geologischen Zeiträumen - Milliarden von Jahren - ein Tag schneller ist als ein Wimpernschlag. "
Um die Reaktion zu testen, fügten die Forscher gefrorenes Kohlendioxid hinzu, das auch als Trockeneis bekannt ist und häufig auf eisigen Körpern, einschließlich Europa, vorkommt. "Wenn gefrorenes Kohlendioxid die Reaktion blockiert hätte, wären wir nicht annähernd so interessiert", sagte Hudson, "denn dann wäre die Reaktion wahrscheinlich nicht relevant für die Chemie Europas." Es wäre eine Laborkuriosität. “ Die Reaktion ging jedoch weiter, was bedeutet, dass sie sowohl für Europa als auch für Ganymed und Callisto, zwei weitere Jupitermonde, und an anderen Orten, an denen sowohl Wasser als auch Schwefeldioxid vorhanden sind, von Bedeutung sein könnte.
Die Reaktion wandelte ein Viertel bis fast ein Drittel des Schwefeldioxids in verschiedene Produkte um. "Dies ist eine unerwartet hohe Ausbeute für diese chemische Reaktion", sagte Loeffler. "Wir wären mit fünf Prozent zufrieden gewesen."
Darüber hinaus reagieren die erzeugten positiven und negativen Ionen mit anderen Molekülen. Dies könnte zu einer faszinierenden Chemie führen, insbesondere weil Bisulfit, eine Art Schwefelion, und einige andere Produkte dieser Reaktion feuerfest genug sind, um eine gewisse Zeit zu halten.
Dieser neue Befund wird sicherlich zu neuen Fernbeobachtungen Europas führen, um festzustellen, ob Hinweise auf reaktionsbasierte Produkte gefunden werden können.
Quelle: JPL
