詹姆斯·韦伯太空望远镜首次探测到木星的冰卫星欧罗巴上存在碳的证据

December2017

韦伯的NIRCam(近红外相机)捕捉到了这张木星卫星欧罗巴表面的照片。韦伯在木卫二冰冷的表面上发现了二氧化碳，这些二氧化碳可能来源于该卫星的次表层海洋。(图片鸣谢:美国航天局、欧空局、加空局、G. Villanueva(美国航天局/GSFC)、S. Trumbo(康奈尔大学)、A. Pagan (STScI))

（）据美国太空网（罗伯特·李）：詹姆斯·韦伯太空望远镜已经鉴定出二氧化碳来源于木星冰冷的卫星欧罗巴的盐水液体海洋。

一段时间以来，科学家们已经意识到木卫二冰冷的外壳下有海洋，但不知道这些海洋是否具有支持生命的化学成分。因此，在木星的一颗卫星上的地下海洋中发现碳——生物的一种重要元素——对于这颗卫星的潜在可居住性具有重要意义，并且是詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)使开创性科学成为可能的证明。

“在地球上，生命喜欢化学多样性——多样性越多越好。我们是碳基生命。研究主要作者、美国宇航局戈达德太空飞行中心科学家Geronimo Villanueva在一份声明中说:“了解木卫二海洋的化学成分将有助于我们确定它是否适合我们所知的生命，或者它是否可能是生命的好地方。”“这表明，我们甚至可以在钻透冰层获得全貌之前，了解海洋组成的一些基本情况。”

更令人兴奋的是，该团队能够使用JWST的近红外光谱仪(NIRSpec)仪器进行红外观测，以确定碳分子不是通过陨石撞击或其他外部来源运送到木卫二的。

“我们现在认为，我们有观测证据表明，我们在木卫二表面看到的碳来自海洋。那可不是小事。碳是一种生物必需元素，”详细介绍这一发现的第二篇论文的主要作者、康奈尔大学研究员萨曼莎·特兰博说。

JWST观测到木卫二周围的二氧化碳，木卫二是木星四颗大型伽利略卫星中最小的一颗，在一个称为塔拉区域的地质年轻区域中最丰富。在这个所谓的“混沌地带”区域，表面冰已经被破坏，这表明木卫二的冰层表面和次表层海洋之间发生了物质交换。

特朗博继续说道:“哈勃太空望远镜先前的观测显示，在塔拉区域有来自海洋的盐的证据。”。“现在我们看到二氧化碳也高度集中在那里。我们认为这意味着碳的最终来源可能是内部海洋。”



此图显示了木卫二表面的地图，第一个面板中有NIRCam(近红外相机),下面三个面板中有来自NIRSpec/IFU(近红外光谱仪的积分场单元)数据的成分图。在成分图中，白色像素对应于被称为Tara Regio(中图和右图)的大规模混乱地形区域中的二氧化碳，混乱区域Powys Regio(左图)的部分区域中有额外的浓度。第二个和第三个图显示了结晶二氧化碳的证据，而第四个图显示了复杂的无定形形式的二氧化碳。(图片鸣谢:美国航天局、欧空局、加空局、G. Villanueva(美国航天局/GSFC)、S. Trumbo(康奈尔大学)、A. Pagan (STScI))

对于Villanueva和他的团队来说，在木卫二上检测二氧化碳将是一件苦乐参半的事情，他们还利用JWST寻找木星卫星表面喷发的物质，这是强大的太空望远镜未能看到的。

这些羽状物在2013年、2016年和2017年被初步探测到，JWST未能确认它们的存在并不意味着它们不存在于木卫二周围。

JWST大学天文学研究协会跨学科科学家海蒂·哈默尔说:“这些羽状物总是有可能是可变的，你只能在特定的时间看到它们。”。“我们可以100%肯定地说，当我们用JWST进行这些观测时，我们没有在木卫二上探测到羽状物。”

然而，在木卫二上观测到的二氧化碳证明了詹姆斯·韦伯太空望远镜的能力和实用性。

“这些观测只占用了天文台几分钟的时间，”领导JWST第一周期太阳系保证时间观测的哈默尔补充道。“即使在这么短的时间内，我们也能做真正的大科学。这项工作第一次暗示了我们将能够利用JWST号进行的所有惊人的太阳系科学研究。”

这些发现对未来的其他任务也有重要的影响。2024年10月，美国宇航局将发射木卫二快船飞船，该飞船将前往木星的月球系统，对木卫二进行详细的调查，以确定其地下海洋是否可以支持生命。

这两个团队的JWST发现也有助于欧洲航天局(ESA)木星冰卫星探测器(JUICE)任务对木星及其卫星的调查。JUICE于2023年4月发射，为期7.5年，前往木卫二及其大型木星卫星Callisto和Ganymede，它们也拥有广阔的海洋，并对木星本身进行重要的观测。

“这是JWST将为木星卫星研究带来的伟大的第一个结果，”研究合著者兼欧空局研究员Guillaume Cruz-Mermy说。“我期待着从这些和未来的观察中，看到我们还能了解它们的表面特性。”

这两个团队的研究发表在9月21日出版的《科学》杂志的两篇论文中。