باستخدام مركبة جونو الفضائية التابعة لناسا، قام العلماء بحساب معدل إنتاج الأكسجين على قمر المشتري يوروبا، وهي المرة الأولى التي تقوم فيها مركبة فضائية بقياس مباشر للجزيئات المشحونة بالأكسجين والهيدروجين من الغلاف الجوي للقمر. ومن هذه القياسات، قرر الفريق أن معدل إنتاج الأكسجين كان أقل بكثير مما كان مقدرًا في الدراسات السابقة.
يوروبا، رابع أكبر قمر لكوكب المشتري، له سطح داخلي صخري وسطح مصنوع من الجليد المائي. قدمت قياسات المجال المغناطيسي للقمر، التي جمعتها مهمة غاليليو التابعة لناسا، دليلا على وجود محيط مالح تحت الصفائح الجليدية. تعتبر عوالم المحيطات، مثل أوروبا، مرشحة رئيسية للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض في نظامنا الشمسي.
“عندما حلقت مهمة غاليليو التابعة لناسا فوق أوروبا، فتحت أعيننا على التفاعل المعقد والديناميكي الذي يتمتع به أوروبا مع بيئته. وقال المؤلف الرئيسي جيمي سالاي من جامعة برينستون في نيوجيرسي: “لقد جلبت جونو قدرة جديدة على القياس المباشر لتركيبة الجسيمات المشحونة المنبعثة من الغلاف الجوي لأوروبا، وكنا حريصين على إلقاء نظرة أعمق خلف ستار هذا العالم المائي المثير”. . “لكن ما لم ندركه هو أن ملاحظات جونو ستمنحنا قيودًا صارمة على كمية الأكسجين التي ينتجها سطح يوروبا الجليدي.”
في 29 سبتمبر 2022، رصد جونو أوروبا أثناء تحليقه على ارتفاع 353 كيلومترًا. استخدم أداة تجربة التوزيعات الشفقية لجوفيان (JADE) لقياس الجسيمات المشحونة التي تتبع القمر في مداره حول كوكب المشتري.
رسم توضيحي يوضح تأثير الجسيمات المشحونة على سطح أوروبا، مما يؤدي إلى تقسيم جزيئات الماء في القشرة الجليدية للقمر إلى جزيئات الهيدروجين والأكسجين. يوضح المربع كيف يمكن لجزيئات الأكسجين هذه أن تهاجر إلى المحيط بالأسفل. (الائتمان: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/SWRI/PU)
“إن أوروبا مثل كرة من الجليد تفقد مياهها ببطء في مجرى مائي. وأوضح زالاي: “باستثناء هذه الحالة، فإن التدفق عبارة عن سائل من الجسيمات المتأينة التي تجتاح كوكب المشتري بواسطة مجاله المغناطيسي الاستثنائي”. “عندما تضرب هذه الجسيمات المتأينة أوروبا، فإنها تقوم بتفكيك جزيء جليد الماء بعد جزيء على السطح لإنتاج الهيدروجين والأكسجين. بطريقة ما، تتآكل القشرة الجليدية بأكملها باستمرار بسبب موجات من الجسيمات المشحونة التي تتدفق فيها.
وباستخدام ملاحظات جونو، حدد الفريق معدل إنتاج الهيدروجين على سطح القمر. العملية التي تقسم جزيئات الماء في الجليد تنتج جزيئات الهيدروجين والأكسجين بنسبة اثنين إلى واحد. ومن هذا المنطلق، يقدر العلماء إجمالي إنتاج الأكسجين في أوروبا بنحو 12 كيلوجرامًا في الثانية.
وأوضح سالاي: “قبل جونو، تراوحت التقديرات السابقة من بضعة كيلوغرامات في الثانية إلى أكثر من 1000 كيلوغرام في الثانية”. “تظهر النتائج بشكل لا لبس فيه أن الأكسجين يتم إنتاجه بشكل مستمر على السطح، فقط أقل قليلا من المتوقع.”
ويعتقد الفريق أن بعض الأكسجين المنتج يمكن أن يشق طريقه عبر الغطاء الجليدي إلى المحيطات أدناه، حيث يمكن أن يدعم الحياة. ومع ذلك، فإنهم يعتقدون أن السرعة التي يحدث بها ذلك أقل بكثير مما اقترحته الدراسات السابقة.
أجرت جونو القياسات كجزء من مهمتها الممتدة. تم إطلاق المركبة الفضائية في عام 2011 ووصلت إلى كوكب المشتري في عام 2016. وبعد أن أكملت جونو مهمتها الأساسية في يوليو 2021، سمحت وكالة ناسا بتمديد المهمة حتى عام 2025، أو حتى نهاية عمر سفينة الفضاء.
وقال المؤلف المشارك فريدريك أليجريني من معهد أبحاث الجنوب الغربي (SwRI) في سان أنطونيو، تكساس: “لقد صممنا JADE لقياس الجسيمات المشحونة التي تخلق الأضواء الشمالية لكوكب المشتري”. “لم تكن عمليات الطيران في أوروبا جزءًا من مهمة جونو الأساسية. تم تصميم JADE للعمل في بيئة عالية الإشعاع، ولكن ليس بالضرورة في بيئة أوروبا، التي تتعرض باستمرار لقصف بمستويات عالية من الإشعاع. ومع ذلك، عملت الأداة بشكل رائع.
ومن خلال مهمتها الموسعة، تساهم جونو في تحقيق أهداف المهام المستقبلية في نظام جوفيان. يقول مؤلفو الورقة الجديدة إن النتائج التي توصلوا إليها لها آثار مهمة على مهمة Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية وEuropa Clipper القادمة التابعة لناسا.
رسم توضيحي يوضح مدارات مهمات جونو الأساسية والممتدة. (الائتمان: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/SwRI)
ومن المتوقع أن يصل جوس، الذي تم إطلاقه في 14 أبريل 2023، إلى كوكب المشتري في عام 2031. وللوصول إلى هناك، سيطير فوق الأرض والزهرة عدة مرات لإجراء ما يسمى بمناورات مساعدة الجاذبية. الأول، وهو التحليق بين الأرض والقمر، من المتوقع أن يتم هذا الصيف.
على كوكب المشتري، سيقوم جوس بدراسة أوروبا وقمرين محيطيين آخرين، جانيميد وكاليستو، باستخدام أدواته العلمية العشرة. خلال رحلتين جوسيتين، سيقيس جوس سمك القشرة الجليدية لأوروبا ويحدد المواقع التي يمكن استكشافها في المستقبل.
يتم حاليًا اختبار أوروبا كليبر قبل إطلاقها على مركبة SpaceX Falcon Heavy، المقرر إجراؤها في أكتوبر 2024. بعد وصولها في عام 2030، ستستخدم المركبة الفضائية أدواتها العلمية التسعة لدراسة مدى صلاحية أوروبا للسكن خلال 49 رحلة جوية. ويشير مؤلفو الدراسة الحالية إلى أن الملاحظات التي تم إجراؤها باستخدام إحدى هذه الأدوات، وهي أداة البلازما للسبر المغناطيسي، تتأثر بالنتائج الجديدة.
ستساعد هذه المهام معًا العلماء على فهم عوالم المحيطات وكيف يمكن أن تدعم الحياة.
وقال المؤلف المشارك روبرت إيبرت من SwRI: “أوروبا جسم رائع لأن العلماء مقتنعون بوجود محيط سائل بداخلها”. “الماء مهم لوجود الحياة ويمكن العثور عليه في أو على أشياء ذات خصائص مختلفة. يعد أوروبا مكانًا جيدًا للبحث عن الماء داخل نظامنا الشمسي.
الدراسة التي أجراها Szalay وآخرون. تم نشره في مجلة Nature Astronomy في 4 مارس.
(الصورة الرئيسية: أوروبا التي صورتها جونو أثناء تحليقها في 26 سبتمبر 2022. المصدر: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill)
