被忽略的生命线索——木卫二冰下海洋中的氯化钠

被忽略的生命线索——木卫二冰下海洋中的氯化钠

旅行者号和伽利略号的任务为我们带来了关于木卫二无价的数据,由于哈勃太空望远镜和夏威夷莫纳克亚凯克天文台得到了一些工作成果,我们正重新对这些数据进行解读。在这个过程中,我们发现木卫二表面那些黄色部分很可能是氯化钠(NaCl),而氯化钠就是我们所知的食盐,也是海盐的主要成分。这是一个非常有意思的结果,这说明木卫二的海洋在化学成分上可能比我们之前想的更加接近地球的海洋。

对这些数据进行重新研究的想法出于伽利略号的一些局限性。伽利略号装载了近红外测绘光谱仪,这是一个对分析行星表面非常有用的仪器。但是伽利略号缺少一个用于补正其近红外设备的可见光谱仪。所以问题来了,氯化物在近红外波段是不可见的。当伽利略号找到冰面以后,它把表面上的化合物识别为了硫酸镁。

但是从莫纳克亚凯克天文台获得的光谱数据中,并没有找到预想中硫酸盐的吸收峰。加州理工学院的毕业生萨曼塔·特朗勃(Samantha Trumbo),这项研究论文的第一作者表示:

“过去从来没有人取得过分辨率如此高的木卫二可见光波段光谱图像。伽利略号没有配备一个可见光谱仪,它只有一个近红外光谱仪,然而在近红外波段,氯化物是无法被观测到的”

研究者们从哈勃望远镜取得的光谱中检测到了450nm吸收谱线。这些谱线指示出,星球表面存在受辐射过的氯化钠。此外,如果把这个特征和木卫二“混乱不整”的表面联系起来,会让人想到这些氯化钠其实来源于星球内部。在论文中讨论了这个结论:

这些不整的表面从地质学角度来看是年轻、紊乱的,而且它指明了冰下地表的熔岩上涌和下熔的位置……,此外来自后随半球的硫迁移是与先导半球隔绝的,所以这些区域的组成可能是木卫二内源性物质的最好展现。然而它们的光谱图像在更高的分辨率下却显得非常平滑,缺少除了冰以外任何的特征线谱。除此以外,这种独特的地貌和前导半球凹凸不平的表面也暗示了会有含盐物质存在。氯化物盐就是一个潜在的例证……

在喷气推进实验室,论文合作者凯文·汉德(Kevin Hand)在实验中将海盐置于和木卫二上相似的辐射环境中,他发现氯化钠在辐射下产生了颜色上的改变,这些颜色上的改变可以通过可见光谱被识别出来。汉德将这种化合物比作隐形墨水——观察者要通过辐射才能看到。在实验室里,它呈现出一种黄色的阴影,和木卫二上一个被称为“Tara Regio”的区域很相似。在实验室里,这些被辐射过的盐位于450nm的吸收峰同样也被哈勃望远镜观测到过。这更加充分地证明了Tara Regio地区的颜色来源于受辐射的氯化钠。

图解:这张色彩合成照片融合了木星的奇特卫星木卫二的紫色、绿色和红外光图像,它显示了这颗卫星在自然光下的外观(图左)和色彩增强后体现微妙色差的外观(图右)。木卫二亮白色和发蓝的部分主要是冰,以及极少量的非冰物质。作为对比,图像右侧那些棕色斑驳的地区很可能被水合盐和未知的红色化合物覆盖。图像左侧发黄的表面则是由其他未知的物质所造成的。绵延的黑暗线条是冰面上的裂缝,其中部分长度甚至可以达到3000千米。来源:NASA/JPL/亚利桑那大学

氯化钠可以看作是构成这颗卫星外壳多种多样物质的其中之一,但考虑到它来源于下层的海洋,我们可以借此一窥冰层下正在发生的化学反应。,以下内容来自论文:

氯化钠的存在是理解星球内部化学反应及地质化学演化的重要一环。而球粒陨石物质的水分异化和球粒陨石海床的长期浸出可以产生富含硫酸盐的体系和比地球上的更剧烈的热液循环,这很可能形成富含氯化钠的海洋。土卫二的痕量化学分析与木卫二相似,暗示了一个氯化钠为主的海洋和海底热泉丰富的海床的存在。表面的情况可能简明地复现了冰层内的成分分层,然而木卫二海洋的成分和它的内源性物质之间的关系还是未知的。但是不管这些被观测到的氯化钠是不是和海洋成分直接相关,它的存在足以让我们重新思考木卫二的地质化学。

加利福尼亚的喷气推进实验室模拟的木卫二环境条件下,纯白色的食盐转变为黄色(见图像中间的凹陷处)。这种颜色是十分显著的,因此科学家现在可以确信他们在木卫二部分表面观测到的黄色物质就是氯化钠。喷气推进实验室的实验还原了木卫二上的温度、压力和电子辐射条件。来源:NASA/JPL-Caltech

冰层下会不会存在一个比我们料想的更活跃的海床?如果这是真的话,木卫二的地质学就更加有意思了。地质学上更年轻的冰层证明了氯化钠的存在,也佐证了它们来自于海洋之中。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

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