มุมมองใหม่เกี่ยวกับวิธีการที่สารเคมีบนดวงจันทร์ยูโรปาของจูปิเตอร์อาจทำปฏิกิริยาร่วมกันสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในเปลือกน้ำแข็งของดวงจันทร์แม้จะมีอุณหภูมิเยือกเย็น เนื่องจากปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นโดยไม่ต้องใช้รังสีจึงสามารถเกิดขึ้นได้ทั่วน้ำแข็งที่หนาของยูโรปา หากสิ่งนี้เกิดขึ้นมันจะปรับปรุงความคิดปัจจุบันเกี่ยวกับเคมีและธรณีวิทยาของดวงจันทร์นี้และบางทีคนอื่น ๆ
ยูโรปามีอุณหภูมิประมาณ 86 ถึง 130 เคลวิน (ลบ 300 ถึงลบ 225 องศาฟาเรนไฮต์) และในสภาพอากาศที่เย็นมากปฏิกิริยาทางเคมีส่วนใหญ่ต้องการพลังงานจากรังสีหรือแสง ในยูโรปาพลังงานมาจากอนุภาคจากเข็มขัดรังสีของจูปิเตอร์ เนื่องจากอนุภาคเหล่านั้นส่วนใหญ่แทรกซึมเพียงเศษเสี้ยวนิ้วเข้าสู่พื้นผิวโดยทั่วไปแล้วแบบจำลองทางเคมีของ Europa จะหยุดอยู่ที่นั่น
Reggie Hudson นักวิทยาศาสตร์ของ Goddard กล่าวว่าเมื่อผู้คนพูดถึงเคมีในยูโรปาพวกเขามักพูดถึงปฏิกิริยาที่เกิดจากการแผ่รังสี “ เมื่อคุณอยู่ต่ำกว่าพื้นผิวของยูโรปามันจะเย็นและแข็งและโดยปกติคุณไม่คาดหวังว่าสิ่งต่าง ๆ จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้” Reggie Hudson จากห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์ของ NASA Goddard กล่าว
“ แต่ด้วยเคมีที่เราอธิบาย” Mark Loeffler ผู้ซึ่งเป็นผู้เขียนคนแรกบนกระดาษที่ตีพิมพ์ใน Geophysical Research Letters กล่าว“ คุณอาจมีน้ำแข็ง 10 หรือ 100 เมตร [ประมาณ 33 หรือ 330 ฟุต] หนาและถ้ามันมีกำมะถัน คุณจะมีปฏิกิริยาเกิดขึ้น”
สเปกโทรสโกปีแสดงให้เห็นว่ามีกำมะถันในน้ำแข็งของยูโรปาและนักดาราศาสตร์เชื่อว่ามันมาจากภูเขาไฟของดวงจันทร์ไอโอของจูปิเตอร์จากนั้นกลายเป็นไอออไนซ์และถูกส่งไปยังยูโรปาซึ่งฝังอยู่ในน้ำแข็ง แต่ในขั้นต้นนักดาราศาสตร์คิดว่าไม่มีปฏิกิริยาใด ๆ เกิดขึ้นระหว่างน้ำแข็งในน้ำกับกำมะถัน
Loeffler และ Hudson พ่นไอน้ำและก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไปยังกระจกขนาดไตรมาสในห้องสูญญากาศสูง เนื่องจากกระจกถูกเก็บไว้ที่ประมาณ 50 ถึง 100 เคลวิน (ประมาณลบ 370 ถึงลบ 280 องศาฟาเรนไฮต์) ก๊าซจึงควบแน่นเป็นน้ำแข็งทันที นักวิจัยใช้สเปคตรัมอินฟราเรดเพื่อเฝ้าดูการลดลงของความเข้มข้นของน้ำและซัลเฟอร์ไดออกไซด์และการเพิ่มความเข้มข้นของไอออนบวกและลบที่เพิ่มขึ้น
แม้อุณหภูมิจะเย็นจัด แต่โมเลกุลก็ตอบสนองอย่างรวดเร็วในรูปแบบเย็นยะเยือก “ ที่ 130 เคลวิน [ประมาณลบ 225 องศาฟาเรนไฮต์] ซึ่งหมายถึงการสิ้นสุดที่อบอุ่นของอุณหภูมิที่คาดหวังในยูโรปาปฏิกิริยานี้เป็นสิ่งสำคัญในทันที” Loeffler กล่าว “ ที่ 100 เคลวินคุณสามารถอิ่มตัวปฏิกิริยาหลังจากครึ่งวันถึงหนึ่งวัน หากไม่ได้ผลเร็วโปรดจำไว้ว่าในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาหลายพันล้านปีต่อวันนั้นเร็วกว่าแววตา
เพื่อทดสอบปฏิกิริยานักวิจัยได้เพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์ที่แช่แข็งหรือที่เรียกว่าน้ำแข็งแห้งซึ่งมักพบในร่างกายน้ำแข็งรวมถึงยูโรปา “ หากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่แช่แข็งปิดกั้นการเกิดปฏิกิริยาเราจะไม่สนใจเท่านี้” ฮัดสันกล่าว“ เพราะปฏิกิริยาอาจไม่เกี่ยวข้องกับเคมีของยูโรปา มันจะเป็นความอยากรู้ในห้องปฏิบัติการ” แต่ปฏิกิริยายังคงดำเนินต่อไปซึ่งหมายความว่ามันมีความสำคัญต่อยูโรปาเช่นเดียวกับแกนีมีดและคาลลิสโตดวงจันทร์ของดาวพฤหัสอีกสองดวงและสถานที่อื่น ๆ ที่มีทั้งน้ำและก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์
ปฏิกิริยาดังกล่าวเปลี่ยนหนึ่งในสี่เป็นเกือบหนึ่งในสามของซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน “ นี่เป็นผลผลิตที่สูงอย่างไม่คาดคิดสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีนี้” Loeffler กล่าว “ เราจะมีความสุขกับห้าเปอร์เซ็นต์”
ยิ่งไปกว่านั้นไอออนบวกและลบที่สร้างขึ้นจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่น ๆ สิ่งนี้อาจนำไปสู่เคมีที่น่าสนใจบางอย่างโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะบิซัลไฟต์ไอออนของกำมะถันชนิดหนึ่งและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ของปฏิกิริยานี้มีความคงตัวทนไฟพอที่จะทนได้นานพอสมควร
การค้นพบใหม่นี้จะกระตุ้นให้มีการสำรวจระยะไกลใหม่ของ Europa เพื่อดูว่ามีหลักฐานของผลิตภัณฑ์ที่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น
ที่มา: JPL
