Cassini wykrywa atomy tlenu w egzosferze Rei

0

Sonda kosmiczna Cassini, która od 2004 roku bada system księżyców i pierścieni Saturna, podczas bliskiego przelotu w pobliżu Rei odkryła niezwykle rozrzedzoną atmosferę (egzosferę) tego obiektu, w której zidentyfikowała atomy tlenu oraz ditlenku węgla. Jest to pierwszy przypadek by cząsteczki tlenu atmosferycznego zostały bezpośrednio przechwycone i poddane analizie przez pojazd kosmiczny znajdujący się w pobliżu innego ciała kosmicznego, niż Ziemia.

Nie jest to jednak pierwszy przypadek zaobserwowania tlenu w egzosferach księżyców naszego Układu Słonecznego – cząsteczki te zaobserwowano już wcześniej dzięki obserwacjom przeprowadzonym przez kosmiczny teleskop Hubble. W przypadku Jowiszowych księżyców – Ganimedesa oraz Europy zjawisko to zostało także potwierdzone przez orbiter Galileo. Tlen odnajdywano także w niewielkiej ilości w atmosferach planet innych niż Ziemia – na Marsie oraz Wenus.

Egzosfera Rei stanowi jednak twór unikalny w systemie Saturna i stojący w jaskrawym kontraście do Tytana, największego księżyca układu, którego otacza gęsta atmosfera składająca się głównie z metanu oraz azotu. Atmosfera o szczątkowej zawartości tlenu i ditlenku węgla.

Choć zawartość tlenu w egzosferze Rei jest 5 bilionów razy mniejsza niż ma to miejsce w przypadku Ziemi, przy powierzchni nadal jest to liczba przekraczająca stukrotnie wartości zarejestrowane w przypadku egzosfery Księżyca czy Merkurego. Tlen ten wydaje się uwalniać, gdy rotujące pole magnetyczne Saturna przechodzi przez księżyc, a uwięzione w tym polu cząstki naładowane zaczynają bombardować lodową powierzchnię Rei.

Proces ten prawdopodobnie narusza wiązania chemiczne w niektórych molekułach, uwalniając tym samym tlen lub wywołując różnego rodzaju złożone reakcje chemiczne na samej powierzchni tego księżyca, a być może także na innych księżycach Układu Słonecznego – w szczególności wspomnianym Ganimedesie oraz Europie.

Świadectwem takich procesów może być odkrycie cząsteczek ditlenku węgla, które również znajdują się w egzosferze Rei – choć proces ich powstawania pozostaje nieznany, naukowcy mają nadzieję, że dalsze badania przeprowadzone w ramach misji pozwolą znaleźć odpowiedź na to pytanie – zwłaszcza kolejne przeloty w pobliżu tego księżyca.

Spekuluje się jednak, że może on pochodzić z zamrożonego ditlenku węgla – suchego lodu, który został uwięziony w strukturze lodu wodnego podczas formowania się Układu Słonecznego, a więc także Rei. Byłby to zatem mechanizm zbliżony nieco do obserwowanego w przypadku komet. Istnieją jednak inne możliwości – dwutlenek węgla może być także uwalniany w tym samym procesie co tlen, choć pochodziłby z innego materiału, konkretnie z cząsteczek organicznych uwięzionych w lodzie wodnym. Mógłby również powstać poprzez interakcję tlenu z materiałem bogatym w węgiel, osadzonym na powierzchni księżyca w wyniku bombardowania meteorytami.

Choć sonda Cassini zarejestrowała już wcześniej uwalnianie tlenu spowodowane interakcją materiału powierzchniowego z fotonami światła ultrafioletowego, jednak dopiero teraz obserwacje te udało się potwierdzić w sposób bezpośredni, a także rozszerzyć o mechanizm powiązany z polem magnetycznym Saturna. Badania te były możliwe do przeprowadzenia, gdy pojazd mijał księżyc w odległości zaledwie 101 kilometrów, rejestrując jednocześnie odczyty spektrometrów INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer) oraz CAPS (Cassini Plasma Spectrometer).

Aby poznać więcej szczegółów na temat egzosfery księżyca, wykonano analizę materiału zebranego podczas trzech przelotów w pobliżu Rei w 2005 (26 listopada), 2007 (30 sierpnia) oraz 2010 (2 marca) roku. Dane z tych trzech przelotów, pochodzące z instrumentu INMS umożliwiły wyznaczenie maksymalnej gęstości tlenu na poziomie 50 miliardów, a ditlenku węgla na poziomie 20 miliardów molekuł na metr sześcienny. Jednocześnie dane pochodzące ze spektrometru CAPS wskazywały na wyraźny przepływ dodatnich oraz ujemnych jonów o masach odpowiadających molekułom tlenu oraz ditlenku węgla.

Rodzi to bardzo ważną możliwość – reakcje chemiczne prowadzące do powstania tlenu mogą być bowiem współodpowiedzialne za powstawanie warunków sprzyjających rozwojowi życia. Na Rei jest jednak zbyt zimno, by życie w znanej nam formie (a więc wymagające płynnej wody) mogło zaistnieć – jest jednak inna możliwość. Jeśli tlen i ditlenek węgla mogłyby zostać w jakiś sposób przetransportowane pod powierzchnię księżyców do zbiorników zawierających płynną wodę, wtedy mogłyby tam doprowadzić do powstania środowiska o znacznie lepszych warunkach dla podtrzymania złożonych procesów chemicznych, które stanowić mogą podstawę funkcjonowania organizmów żywych.

Takim ciałem mogłaby być na przykład wspomniana wcześniej Europa, księżyc Jowisza zawierający prawdopodobnie olbrzymi wszechocean płynnej wody z wierzchu pokryty grubą warstwą lodu i być może także podgrzewany przez procesy wulkaniczne w wyniku oddziaływania grawitacyjnego Jowisza oraz pozostałych, dużych księżyców.

Odkrycie oznacza, że Rea staje się obiektem znacznie bardziej interesującym niż do tej pory sądzono. Naukowcy mają nadzieję, że kontynuacja badań tego księżyca oraz pozostałych ciał obecnych w systemie Saturna, pozwoli na dokładniejsze poznanie ewolucyjnej historii każdego z nich.

(NASA)

Fragment powierzchni ksieżyca Rea wykonany z pokładu sondy kosmicznej Cassini w trakcie jednego z bliskich przelotów w marcu 2006 roku z odległości 94 tysięcy kilometrów (NASA)

Ściana młodego krateru uderzeniowego na Rei, widoczna z pokładu sondy Cassini; zdjęcie wykonano podczas bliskiego przelotu z odległości 511 kilometrów (NASA)

Share.

Comments are closed.