World Techno News

četvrtak, 07.10.2010.

Europina skrivena kemija leda

Led na Jupiterovom mjesecu Europa mogao bi skrivati više od oceana za kojeg se pretpostavlja da postoji - vjerojatno neočekivano brze kemijske reakcije između vode i sumpornog dioksida na ekstremno hladnim temperaturama.
Iako ove molekule brzo lako reagiraju kada su u tekućem stanju – poznati su sastojci kiselih kiša – Mark Loeffler i Reggie Hudson iz NASA-inog Goddard centra za svemirski let u Greenbeltu tvrde da molekule reagiraju i u smrznutom stanju iznenađujuće brzo i uspješno na temperaturama stotinu stupnjeva ispod nule. Reakcija se događa bez pomoći zračenja te se može odvijati diljem debelog sloja leda na Europi – što bi moglo promijeniti trenutno shvaćanje o geologiji i kemijskim procesima koji se odvijaju na tom mjesecu i vjerojatno na drugim sličnim tijelima.
"Kada ljudi govore o kemiji na Europi, obično pričaju o reakcijama koje su potaknute radijacijom." izjavio je Mark Loeffler, znanstvenik iz Goddarda i glavni autor rada objavljenog 2. studenoga u časopisu Geophysical Research Letters. Mjesečeva je temperatura između -187 i -143 stupnja Celzija. U ovim ekstremno hladnim uvjetima za većinu je kemijskih reakcija potrebna infuzija energije dobivene radijacijom ili pomoću svjetlosti. Na Europi, ta energija dolazi iz čestica iz Jupiterovih radijacijskih pojaseva. Većina tih čestica prodiru samo dio centimetra u površinu te modeli Europine kemije obično staju na tom.
"Kada zavirite ispod površine Europe, hladno je i sve je u čvrstom stanju te se tu obično ne očekuje brzo odvijanje reakcija u tim uvjetima." objašnjava kastor Reggie Hudson, suradnik voditelja astrokemijskog laboratorija u Goddardu. "Ali s kemijom koju mi opisujemo, možemo imati led debeo od 10 do 100 metara i ako je sumpor dioksid umješan u njega, doći će do reakcije." dodao je Loeffler. "Ovo je iznimno važan rezultat za razumijevanje kemije i geologije Europine ledene kore." rekao je Robert E. Johnson, stručnjak za radijacijski induciranu kemiju na planetima i profesor inženjerske fizike na Sveučilištu Virginia u Charlottesvilleu.
Pomoću daljinskih promatranja astronomi su utvrdili postojanje sumpornog dioksida u Europinom ledu. Sumpor potječe iz vulkana Jupiterovog mjeseca Io, gdje se ionizira i transportira na Europu. Na Europi se smješta unutar leda. Dodatni sumpor može dolaziti iz oceana za kojeg se smatra da leži ispod Europine površine. "Ipak, sudbina implantiranog ili bilo kojeg ispodpovršinskog sumpora nije jasna i ovisi o geologiji i kemiji unutar ledene kore." izjavio je Johnson. U eksperimentima koji simuliraju uvjete na Europi, Loeffler i Hudson su špricali vodenu paru i plin sumpornog vodika na zrcala u vakuumskoj komori. Zrcala su bila rashlađena na -223 do -173 stupnja Celzija te su se plinovi isti tren kondenzirali u led. Kako je reakcija napredovala, istraživači su koristili infracrvenu spektroskopiju za promatranje smanjenje koncentracije vode i sumpornog dioksida te povećanje koncentracije stvorenih pozitivnih i negativnih iona.
Unatoč ekstremnoj hladnoći, molekule su reagirale brzo u svom ledenom obliku. "Na -143 stupnja Celzija, temperaturi koja predstavlja topliji dio očekivanih temperatura na Europi, reakcija je uglavnom trenutna. Na -173 stupnja Celzija, reakcija se odvija unutar jednog dana. Ako vam to ne zvuči brzo, sjetite se da na geološkoj vremenskoj skali – milijardu godina – dan je brži od treptaja oka."
Za testiranje reakcije, znanstvenici su dodali smrznuti ugljikov dioksid, poznat kao suhi led, kojeg se obično može pronaći na ledenim tijelima, uključujući i Europu. "Ako bi smrznuti ugljikov dioksid blokirao reakciju, ne bismo bili nimalo zainteresirani." objašnjava Hudson. "Jer reakcija vjerojatno ne bi imala važnost za Europinu kemiju. Bila bi laboratorijski kuriozitet." Ali reakcija se nastavila, što znači da bi mogla biti od velike važnosti za Europu, kao i za Ganimed i Kalisto, druga dva Jupiterova mjeseca te za druga mjesta na kojima su prisutni voda i sumporov dioksid. Reakcija je pretvorila od jedne četvrtine do skoro jedne trećine sumpornog dioksida u produkt. "Ovo je neočekivana količina za ovakvu kemijsku reakciju." tvrdi Loeffler. "Bili bismo zadovoljni i s pet posto." Još važnije, proizvedeni pozitivni i negativni ioni reagirati će s drugim molekulama. To bi moglo dovesti do zanimljivih kemijskih reakcija, posebno zbog bisulfata (HSO3-), tipa sumpor iona te nekih drugih produkata ove reakcije koji su dovoljno stabilni da postoje neko vrijeme.
Robert Carlson, viši znanstvenik u NASA-inom Jet Propulsion Laboratoryu u Pasadeni koji surađuje s Loefflerom i Hudsonom, ističe da su ranije naznake reakcije vode i sumpornog dioksida uočene ali ne i objašnjene. "Rezultati koje su dobili Loeffler i Hudson pokazuju da se odvijaju vrlo zanimljive reakcije bazirane na kiselinama. S nestrpljenjem iščekujem da vidim što bi se moglo dogoditi kada se dodaju druge vrste te kako male koncentracije sumpornog dioksida na površini satelita djeluju na njegovu cjelokupnu kemiju." Konačni test laboratorijskih eksperimenata bit će da li se može pronaći dokaz bilo kojeg produkta reakcije u podatcima skupljenim tijekom promatranja ili budućih posjeta Europi. Johnson se slaže da ako sumporni dioksid na Europi "reagira i tvori polustabilne produkte, kako istraživači tvrde, slika se onda u potpunosti mijenja. To neće samo utjecati na naše razumijevanje Europe nego i na modele koje koristimo za razvijanje instrumenata za predviđenu Jupiter-Europa Orbiter misiju."


Izvor: NASA/Goddard Space Flight Center

Ovaj blog je ustupljen pod Creative Commons licencom Imenovanje-Dijeli pod istim uvjetima.