Раскрыта химическая тайна воды на спутнике Юпитера Европе

Долго остававшаяся загадкой тайна присутствия перекиси водорода на покрытом льдом океаном спутнике Юпитера Европе, возможно, близка к разгадке.

H₂O₂ впервые была обнаружена на юпитерианской луне с помощью ближнего инфракрасного спектрометра на борту орбитального аппарата «Галилео», предназначенного для изучения состава и поверхностных особенностей спутников и атмосферы газового гиганта. Это открытие не стало сенсацией — перекись образуется в результате разрушения молекул воды и рекомбинации OH-радикалов под действием энергичных частиц, которые интенсивно бомбардируют Европу, ускоренные магнитным полем Юпитера.

Лабораторные исследования предсказывали более высокие концентрации перекиси водорода в более холодных полярных регионах Европы — но наблюдения «Джеймса Уэбба» показали обратное, выявив повышенные уровни в более теплых экваториальных областях. Эти области, известные как хаосы, отличаются обломками поверхностного льда, которые, по-видимому, таяли, перемещались и снова замерзали.

«Распределение перекиси на Европе не соответствует температурной зависимости, предсказанной для чистого водяного льда», — констатируют авторы исследования в The Planetary Science Journal.

Они сообщают, что наряду с повышенными уровнями H₂O₂ заметили более высокие уровни углекислого газа CO₂ в хаосах. Исследователи предположили, что эти факторы могут быть взаимосвязаны.

Эксперименты, проведённые в лаборатории CLASSE в SwRI, помогают объяснить, как CO2, получаемый из океана, стимулирует распространение перекиси водорода (H₂O₂) в хаотичных регионах Европы. Перекись водорода образуется при воздействии на воду (H₂O) заряженных частиц

«Может ли присутствие CO₂ стимулировать усиленное образование перекиси в хаотических регионах Европы, указывая на состав поверхности, более благоприятный для образования этого радиолитического окислителя? Подтверждением этой гипотезы могут служить предварительные эксперименты с облученными смесями льда H₂O-CO₂, которые показывают увеличение выхода H₂O₂ по сравнению с чистым водяным льдом», — говорится в статье.

Ученые «смоделировали поверхностную среду Европы внутри вакуумной камеры, осаждая водяной лед, смешанный с CO₂», рассказал аспирант Техасского университета в Сан-Антонио Берекет Мамо, сотрудничающий с Юго-Западным исследовательским институтом.

«Затем мы облучили эту смесь льда энергичными электронами, чтобы увидеть, как изменится производство перекиси», — добавил он.

Эксперимент подтвердил: даже небольшие количества CO₂ во льду могут значительно увеличить производство перекиси водорода при температурах, аналогичных царящим на поверхности Европы, что помогает объяснить неожиданные наблюдения «Джеймса Уэбба».

Молекулы CO₂ действуют как «молекулярные ловушки», захватывая любые свободные электроны, образующиеся при ударе радиации по водяному льду — и тем самым защищают перекись водорода от разрушения при дальнейших воздействиях или реакциях.

«Синтез окислителей, таких как перекись водорода, на поверхности Европы важен с астробиологической точки зрения. Фактически, целая миссия НАСА, Europa Clipper, уже направляется к системе Юпитера, чтобы исследовать ледяной спутник и помочь нам понять пригодность Европы для жизни. Наши эксперименты дают подсказки для лучшего понимания наблюдений "Джеймса Уэбба" за Европой и служат прелюдией к предстоящим исследованиям с близкого расстояния аппаратами Europa Clipper и JUICE Европейского космического агентства», — подытожил соавтор исследования Ричард Картрайт из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса.