Долго остававшаяся загадкой тайна присутствия перекиси водорода на покрытом льдом океаном спутнике Юпитера Европе, вероятно, близка к разгадке.
H₂O₂ впервые была обнаружена на юпитерианской луне с помощью ближнего инфракрасного спектрометра на борту орбитального аппарата «Галилео», предназначенного для изучения состава и поверхностных особенностей спутников и атмосферы газового гиганта. Это открытие не стало сенсацией — перекись образуется в результате разрушения молекул воды и рекомбинации OH-радикалов под действием энергичных частиц, которые интенсивно бомбардируют Европу, ускоренные магнитным полем Юпитера.
Лабораторные исследования предсказывали более высокие концентрации перекиси водорода в более холодных полярных регионах Европы — но наблюдения «Джеймса Уэбба» показали обратное, выявив повышенные уровни в более теплых экваториальных областях. Эти области, известные как хаосы, отличаются обломками поверхностного льда, которые, по-видимому, таяли, перемещались и опять замерзали.
«Распределение перекиси на Европе не соответствует температурной зависимости, предсказанной для чистого водяного льда», — констатируют авторы исследования в The Planetary Science Journal.
Они сообщают, что наряду с повышенными уровнями H₂O₂ заметили более высокие уровни углекислого газа CO₂ в хаосах. Исследователи предположили, что эти факторы могут быть взаимосвязаны.
«Может ли присутствие CO₂ стимулировать усиленное образование перекиси в хаотических регионах Европы, указывая на состав поверхности, более благоприятный для образования этого радиолитического окислителя? Подтверждением этой гипотезы могут служить предварительные эксперименты с облученными смесями льда H₂O-CO₂, которые показывают увеличение выхода H₂O₂ по сравнению с чистым водяным льдом», — говорится в статье.
Ученые «смоделировали поверхностную среду Европы внутри вакуумной камеры, осаждая водяной лед, смешанный с CO₂», рассказал аспирант Техасского университета в Сан-Антонио Берекет Мамо, сотрудничающий с Юго-Западным исследовательским институтом.
«Потом мы облучили эту смесь льда энергичными электронами, чтобы увидеть, как изменится производство перекиси», — добавил он.
Эксперимент подтвердил: даже небольшие количества CO₂ во льду могут значительно увеличить производство перекиси водорода при температурах, аналогичных царящим на поверхности Европы, что помогает объяснить неожиданные наблюдения «Джеймса Уэбба».
Молекулы CO₂ действуют как «молекулярные ловушки», захватывая любые свободные электроны, образующиеся при ударе радиации по водяному льду — и тем самым защищают перекись водорода от разрушения при дальнейших воздействиях или реакциях.
«Синтез окислителей, таких как перекись водорода, на поверхности Европы важен с астробиологической точки зрения. Фактически, целая миссия НАСА, Europa Clipper, уже направляется к системе Юпитера, чтобы исследовать ледяной спутник и помочь нам понять пригодность Европы для жизни. Наши эксперименты дают подсказки для лучшего понимания наблюдений "Джеймса Уэбба" за Европой и служат прелюдией к предстоящим исследованиям с близкого расстояния аппаратами Europa Clipper и JUICE Европейского космического агентства», — подытожил соавтор исследования Ричард Картрайт из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса.