2019.10.05.

Kis méretű szerves molekulák az Enceladus gázkitöréseiben

A Cassini űrszonda munkája ugyan két éve befejeződött, ám az adatainak vizsgálata és elemzése még mindig sokáig eltart majd, s időről időre meglepetésekkel is szolgál.
Az Enceladus holdjáról is a Cassini révén tudhattuk meg 12 éve, hogy a jégkérgéből gejzírszerű kilövellések törnek fel, mára számtalan kutatás foglalkozott a kialakulásukkal is. A jelenleg elfogadott elmélet szerint a hold magjából érkező forró (hidrotermális) oldatok felfelé áramolnak, eközben keverednek az óceán vizével, majd a kérget alkotó a jég repedéseiben utat találva spriccelnek a felszín fölé. Eközben a vízpára persze megfagy, magában foglalva az óceánból hozott anyagokat is, és a legnagyobb része visszahull a hold felszínére. Kb. 5-10%-nyi része azonban kiszabadul az égitest gravitációs rabságából és azután a Szaturnusz E-gyűrűjében talál otthonra.

A Cassini műszerei mind a kilövellő gázkitörésekben közvetlenül, mind pedig a gyűrű anyagában is elemezték az Enceladusról származó szemcséket, s ezek összetételéből következtettek arra, hogy a hold kőzetmagjának hidrotermális folyamatai táplálhatják a gázkitörésekhez vetető eseményeket. A magban a hidrotermális folyamatokat valószínűleg az árapályerőknek köszönhető hőenergia tartja fenn. A mostani kutatásban a gázkitörésekben közvetlenül mért szemcsék adatait elemezték, hogy elkerüljék a gyűrűben lévő egyéb anyagok okozta torzításokat.

A Cassini mérései alapján 3 típusba sorolták a kilövellő szemcséket: az 1-es szinte teljesen tiszta vízjég, a 2-es típus jelentősebb mennyiségű szerves molekulát tartalmaz, a 3-as típus pedig sókban gazdag vízjég. A jelen kutatásban a 2-es, szerves anyagokkal rendelkezőt vizsgálták alaposabban, a spektroszkópos mérések alapján látott igen sokszínű összetétele miatt. Ehhez 714 egyedi, ilyen típusú jégszemcse spektrumát elemezték, s csoportosították őket a bennük lévő molekulák alapján. A fő cél az volt, hogy el tudják dönteni: vajon a vízben oldhatatlan komplex óriásmolekulák törmelékei jutottak a szabadba, vagy a vízben oldott, eleve kisebb molekulák keletkezésére bizonyíték a szemcsékben lévő anyag. A földi tengermélyi hidrotermális régiókban ez utóbbira találtak példákat.

A Cassini méréseinek eredményét földi laborban elvégzett kísérletekben, az Enceladus mélyén lezajlónak tartott és leutánzott folyamatokkal is igyekeztek feltárni, összehasonlítani az egyes molekulák spektrumát. A Cassini műszerei által feltárt spektrumban olyan csúcsokat kerestek, amelyek kimondottan e kis méretű szerves molekulákra jellemzőek, és a 714 szemcséből 60 (ez kb. 8%) mutatta ezeket, a molekulákban lévő oxigént és nitrogént jelentő csúcsokat. Ezeken túl még rengeteg szemcsében jelen voltak ezek a csúcsok, azonban kevésbé kiugróan, ezért a kutatók azt valószínűsítik, hogy a 8% egy igen konzervatív becsült arány csupán, valószínűleg sokkal több szemcsében vannak ilyen szerves molekulák, ám kicsi a koncentrációjuk ahhoz, hogy a szigorúan felállított kategóriának megfeleljen az adott szemcse.

Azok, a nitrogént és oxigént tartalmazó szerves molekulák, amelyek megmutatkoztak e szemcsék spektrumában, kis méretű, valószínűleg vízoldékony poláros molekulák lehetnek, amelyek kialakulása hasonló módon is történhet, mint a földi, tenger alatti hidrotermális területeken, s ezekből a későbbi kémiai reakciók során kialakulhat például triptofán (ilyen aminosavat találtak a közép-atlanti hátság híres hidrotermális mezője, a Lost City területén). Az Enceladus magjának porózus kőzeteit átjáró hidrotermális oldatok akár konvektív áramlásokkal, akár buborékok formájában az óceán vizén keresztül szállítják a mélyben termelődött szerves molekulákat, amelyek létrehozhatnak akár olyan aminosavakat is, mint az aromás triptofán, vagy az alifás alanin, attól függően, hogy milyen típusú reakciók játszódnak le az Enceladus mélyén. Az ezekhez szükséges alap-összetevők, mint az ammónia, vagy a piruvát jelentős mennyiségben megtalálhatóak az Enceladus gázkilövelléseiben, így valószínűleg a hidrotermális régióban is jelen lehetnek.
A korábban már észlelt nagy méretű, vízben oldhatatlan szerves molekulák valószínűleg az Enceladus mélybeli óceánja felszínén (amely a jégkéreg repedéseiben húzódik) hártyaszerű rétegben lehetnek jelen, s ezeket feltehetően a felszálló buborékok szétpattanása juttatja a kilövellő anyagba. A most feltárt kis tömegű molekulák azonban oldott állapotban vannak a vízben, s a kéreg repedéseiben lévő alacsony nyomású környezetben ezek könnyen illóvá válnak, s így egyszerűen rátapadhatnak a feláramló vízből születő jégszemcsékre.

No de mik lehetnek ezek a kis molekulák, amelyek jelentkeztek a spektrumban? A szóba jöhetők különböző kémiai tulajdonságait számításba véve (illetve ezeknek, a feláramló jégszemcsékre tapadásához szükséges körülményeket is beszámítva) elsődlegesen az ecetsav: ez felel meg minden szempontból a tapasztalt mérési eredményeknek is. Számításba jöhetnek még legnagyobb eséllyel egyes aminok, valamint még néhány más molekula is, kisebb eséllyel. Ezek elméletileg minden egyes jégszemcsében jelen lehetnek, azonban igen eltérő koncentrációban, és a Cassini műszere alsó érzékelési határa alattiakat így tisztán vízből állóknak minősítették a spektrumuk alapján. Amely szemcsékben nagyobb mennyiség van jelen belőlük, azokban lehetett kimutatni is csupán. A változó koncentráció (és valószínűsíthetően változó összetétel is) arra utal, hogy a jégkéreg repedéseiben is változékonyak a környezeti körülmények, ami eredhet abból, ahogy maguk a kéreg repedései viselkednek az árapályerők hatására. Az Enceladus „tigriscsíkjai”, vagyis azok a helyszínek, ahol a déli sarkvidék közelében (lásd a harmadik ábrát, a csíkok kékkel kiemelve) a kéreg repedésein át távoznak az észlelt kilövellő anyagok, a Cassini mérései alapján eltérő összetételt mutatnak. Ez szintén eredhet abból a változékony folyamatrendszerből, ami a jégszemcsékre tapadó molekulákban is megmutatkozik.
Az aminosavakhoz építőelemként szükséges szerves molekulák nyilván nem jelentik azt, hogy az Enceladus felszín alatti óceánjában létrejöhetett élet, de megnövelik az esélyét annak, hogy alkalmasak lehetnek ehhez a körülmények.

A kutatás eredményét október 2-án tette közzé a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a teljes cikk olvasható.

Landy-Gyebnár Mónika
(További fordítások a szerzőtől facebookon:  Égen – Földön – Föld alatt)

5/5 (1)

Értékelés

About the Author: