Эксперименты объясняют загадочное распределение перекиси водорода на Европе

Эксперименты Юго-Западного исследовательского института проливают свет на химический цикл перекиси водорода на Европе. Углеродсодержащие соединения, поднимающиеся к ледяной поверхности спутника из подповерхностного океана, подвергаются воздействию высокоэнергетической плазмы Юпитера, синтезируя перекись, которая может возвращаться обратно в океан, высвобождая химическую энергию, способствующую потенциальной обитаемости. Эти результаты подробно описаны в новой статье, опубликованной в июльском номере журнала Planetary Science Journal за 2025 год. Автор: NASA/JPL-Caltech/DLR

Ученые из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) провели лабораторные эксперименты, чтобы разгадать тайну происхождения замерзшей перекиси водорода (H₂O₂) на ледяном спутнике Юпитера Европе. Их результаты, опубликованные в июльском номере Planetary Science Journal, могут объяснить загадочные наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).

Исследователи, изучавшие данные телескопа, обнаружили аномально высокие уровни перекиси водорода в неожиданных регионах Европы. Десятилетия лабораторных исследований предполагали, что более высокие концентрации перекиси должны находиться в холодных полярных областях, но JWST показал обратное — максимальные концентрации были обнаружены в более теплых экваториальных «хаотических территориях» Тары Реджио.

Эта загадка вдохновила Берекета Мамо, аспиранта Университета Техаса в Сан-Антонио и сотрудника SwRI, подать заявку в NASA на серию экспериментов для изучения феномена. Он получил грант Future Investigators in NASA Earth and Space Science and Technology для финансирования исследований в Центре лабораторной астрофизики и космических экспериментов (CLASSE) SwRI.

Мамо и коллеги отметили, что в «хаотических территориях» с повышенным содержанием перекиси водорода также наблюдались высокие уровни углекислого газа (CO₂). Ученые предполагают, что CO₂ может просачиваться через трещины в ледяной коре из предполагаемого подповерхностного океана.

Эксперименты в лаборатории CLASSE SwRI помогают объяснить, как CO₂ из океана усиливает образование перекиси водорода (H₂O₂) на хаотических территориях Европы. Перекись водорода образуется при воздействии заряженных частиц на воду (H₂O). Автор: Southwest Research Institute

«Мы смоделировали поверхностную среду Европы в вакуумной камере, используя смесь водяного льда с CO₂, — сказал Мамо. — Затем мы облучили эту смесь высокоэнергетическими электронами, чтобы увидеть, как изменится производство перекиси».

Эксперименты SwRI показали, что даже следовые количества CO₂ во льду могут значительно увеличить производство перекиси водорода при температурах, характерных для поверхности Европы, что объясняет новые наблюдения JWST.

Доктор Уджал Раут, руководитель программы в отделе планетологии SwRI и научный руководитель Мамо, отметил, что ключевой мотивацией их исследований является оценка потенциальной обитаемости Европы. Повышенное содержание перекиси водорода в регионе с CO₂, хлоридом натрия и другими интересными соединениями вызывает особый интерес.

По словам Раута, это открытие указывает на химический цикл, в котором вещества, поднимающиеся из подповерхностного океана, облучаются, создавая химический потенциал в форме окислителей, таких как перекись водорода. Эти окислители могут возвращаться в океан в геологических масштабах времени, где они могут реагировать с восстановителями со дна, высвобождая химическую энергию, потенциально способную поддерживать жизнь.

Берекет Мамо, аспирант и сотрудник Southwest Research Institute, проводит лабораторные эксперименты по моделированию образования перекиси водорода на ледяном спутнике Юпитера Европе. Автор: Southwest Research Institute

«Синтез окислителей, таких как перекись водорода, на поверхности Европы имеет важное значение с астробиологической точки зрения, — сказал Ричард Картрайт из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, соавтор статьи. — Фактически, миссия NASA Europa Clipper уже направляется к системе Юпитера, чтобы изучить ледяной спутник и помочь нам понять его обитаемость».

«Наши эксперименты дают ключи к пониманию наблюдений JWST и служат прелюдией к будущим исследованиям Europa Clipper и космического аппарата JUICE Европейского космического агентства», — добавил Картрайт.

«Когда у вас есть источник углерода из недр, например, из подповерхностного океана, как на Европе, и вы сочетаете его с энергией магнитосферы, на поверхности образуются новые соединения, включая перекись водорода и другие органические вещества, которые накапливают химическую энергию», — объясняет доктор Бен Теолис, планетолог из SwRI и еще один соавтор статьи.

«Химическая энергия важна, потому что она необходима для обитаемости темных океанических миров, куда не проникает солнечный свет».

Эти результаты предлагают правдоподобное объяснение загадочного распределения перекиси водорода на Европе. Они также имеют значение для понимания ее наличия на других ледяных телах, таких как спутник Юпитера Ганимед и спутник Плутона Харон, где перекись была обнаружена вместе с CO₂.

Подробнее: Bereket D. Mamo et al, Laboratory Investigation of CO₂-driven Enhancement of Radiolytic H₂O₂ on Europa and Other Icy Moons, The Planetary Science Journal (2025). DOI: 10.3847/PSJ/ade3d8

Источник: Southwest Research Institute