Het universum zit vol met ijzige werelden waarvan wetenschappers vermoeden dat ze zouden kunnen dienen als thuis voor buitenaards leven. Deze hemellichamen zijn zo koud dat mensen er nooit een voet op zouden kunnen zetten zonder dood te vriezen – maar als ze over vloeibaar water en koolstof beschikken, zouden ze de evolutie van organische wezens zoals de bewoners van onze eigen planeet kunnen vergemakkelijken. Naast het bevatten organische chemicaliënzouden deze werelden stabiel genoeg moeten zijn zodat het leven daar realistisch gezien zou kunnen verblijven. Dat is de reden waarom astrobiologen hun ogen steeds meer richten op ijzige lichamen zoals de manen van Jupiter Europa En Ganymedesde manen van Saturnus Titaan en Enceladusde maan van Uranus Miranda en de dwergplaneet Ceres.
Hoe kan het leven overleven in zo’n koude, vijandige omgeving? We hebben veel ijs gevonden in ons zonnestelsel, maar er is geen consistent vloeibaar water bekend op welke maan of planeetoppervlak dan ook afgezien van de aarde. Maar er bestaan veel theorieën dat er ondergrondse oceanen zouden kunnen bestaan, en daarom heeft NASA dat ook gedaan lanceerde afgelopen oktober de Europa Clipperdat zal zoeken naar tekenen van leven op de maan van Jupiter wanneer deze in 2030 arriveert. In de tussentijd zijn wetenschappers nog steeds bezig met het uitzoeken van de natuurkunde achter zo’n ijskoude oceaan die leven zou kunnen herbergen.
Onderzoekers van de Texas A & M University en de University of Washington, Seattle publiceerden onlangs een studie in het tijdschrift Nature Communications waarin een nieuw concept wordt voorgesteld: de ‘cenotectiek’, oftewel de absoluut laagste temperatuur waarbij een vloeistof stabiel blijft onder variërende drukken en concentraties. De term komt uit het Grieks en betekent ‘universeel smelten’. Door cenotectische natuurkunde toe te passen op bekende omstandigheden op verschillende verre werelden, stelden de onderzoekers vast hoe water op deze ijskoude verre lichamen vloeibaar genoeg kon blijven om leven in stand te houden.
„Europa bevat twee keer zoveel vloeibaar water als alle oceanen op aarde samen.“
“Deze lage temperatuurgrens, de cenotectiek genoemd, helpt ons de omstandigheden te beperken waaronder vloeibaar water – vaak beschouwd als een voorwaarde voor bewoonbaarheid – zou kunnen bestaan op verre werelden”, studeerde co-auteur Matthew Powell-Palm, een assistent-professor in de mechanische mechanica. engineering bij Texas A & M, vertelde Salon.
Die grenzen omvatten meestal dat water bevroren is en daarom niet in staat is leven te ondersteunen; de cenotectiek houdt rekening met thermodynamische krachten zoals druk en chemische activiteit die water in vloeibare toestand kunnen houden, ondanks de extreem lage temperaturen op ijzige werelden.
Volgens de auteurs van het onderzoek speelt de cenotectiek een centrale rol in het ‘eindspel’ van planetaire oceanen. Naarmate grote waterrijke planetaire lichamen afkoelen over geologische tijdschalen of met verlies van interne verwarming zoals getijdendissipatie of radiogene verwarming, zullen hun oceanen geleidelijk bevriezen van boven naar beneden, totdat volledige verharding is bereikt. Dit effect is vooral interessant in het geval van grote ijzige manen zoals Ganymedes, Callisto en Titan, maar ook voor koude oceanen. exoplaneten zoals Trappist 1e-g en waterrijke schurkenstaten.“
De auteurs speculeren in hun werk over de ‘fascinerende toepassingen’ van het cenotectische concept voor de planetaire wetenschap, in het bijzonder voor ‘ijzige werelden zoals Europa, Enceladus, Titan, Ganymedes, Ceres, Pluto en mogelijk de manen van Uranus Ariel, Umbriel, Titania en Oberon.” Door bijvoorbeeld de cenotectiek van verschillende water-zoutoplossingen te meten die een deel van de chemie van de Europese oceanen kunnen bevatten, kunnen we de laagste temperatuur identificeren waarbij deze oplossingen vloeibaar zullen blijven, en de overeenkomstige druk- en zoutconcentraties die nodig zijn voor deze liquiditeit. ”, aldus Powell-Palm. “Door de cenotectiek te conceptualiseren en te meten, kunnen we dus de meest extreme temperatuur-drukomstandigheden beperken waaronder vloeibaar water zou kunnen bestaan” en dat koppelen aan andere mogelijke variabelen zoals de zwaartekracht of de diepte van de vloeistof onder het ijskoude en korstige oppervlak van de wereld.
Wilt u meer gezondheids- en wetenschapsverhalen in uw inbox? Abonneer u op de wekelijkse nieuwsbrief van Salon Lab-aantekeningen.
Zoals een andere co-auteur aan Salon uitlegde, bevatten sommige van deze locaties zoveel water dat astrobiologen een hulpmiddel nodig zullen hebben om uit te zoeken waar en hoe die werelden vloeibaar water bevatten waarop organische moleculen in organismen kunnen veranderen.
“Een van de belangrijkste ontdekkingen in de planetaire wetenschap en astrofysica van de afgelopen tien jaar is het besef geweest dat ijzige manen het grootste reservoir met vloeibaar water in ons zonnestelsel bevatten”, zegt Baptiste Journaux, onderzoeksprofessor Aard- en Ruimtewetenschappen aan de Universiteit van Washington-Seattle, zei. “Europa bevat bijvoorbeeld twee keer zoveel vloeibaar water vergeleken met alle oceanen op aarde samen, terwijl Titan en Ganymedes waarschijnlijk elk meer dan tien keer meer vloeibaar water bevatten. Bovendien wordt aangenomen dat exoplaneten in de oceaan het grootste reservoir met vloeibaar water in het hele universum bezitten.”
Horizon van de ijzige maan van Europa (Getty Images/Stocktrek Images)“Deze ijzige manen dienen als onze meest veelbelovende doelen voor het onderzoeken van de mogelijkheid van bewoonbaarheid en overtreffen naar mijn mening zelfs Mars,” voegde Journaux eraan toe. Hij hoopt dat toekomstige wetenschappers hun onderzoek kunnen gebruiken nadat ze gegevens van Europa, Ganymede en Titan hebben verzameld als resultaat van naderende verkenningsmissies, waaronder NASA’s Europa Clipper, ESA’s Juice en NASA’s Dragonfly. Totdat dat gebeurt, zullen aardgebonden wetenschappers het theoretische raamwerk achter de cenotectiek verder moeten uitwerken.
„Hoewel we het cenotectische concept en onze eerste metingen erg spannend vinden, hebben we slechts het topje van de ijsberg bekrast“, zei Powell-Palm, zich verontschuldigend voor de woordspeling. “In deze studie meten we deze cenotectische limiet voor eenvoudige waterige chemie (water + één zout), maar ingewikkeldere oplossingen met veel verschillende zouten (om nog maar te zwijgen van de organische verbindingen die mogelijk aanwezig zijn) gedragen zich mogelijk anders en vertegenwoordigen mogelijk de chemische stof beter. complexiteit van de oceanen van ijzige werelden.”
Wetenschappers zullen ook meer moeten leren over de talrijke nieuwe hydraatmaterialen (vaste verbindingen die zowel zoutmoleculen als watermoleculen bevatten, aan elkaar gebonden) die op deze vreemde werelden zullen worden aangetroffen, zoals de onderzoekers er veel tegenkwamen tijdens hun eigen onderzoek.
“De rol van deze materialen bij het voorschrijven van de grenzen van de vloeistofstabiliteit maakt het verhaal nog ingewikkelder, en alleen al het bestaan van deze materialen vertelt ons dat we nog een hoop opwindende verkenningen te doen hebben in de parameterruimte voor lage temperatuur en hoge druk die relevant is voor ijzige werelden. ”, aldus Powell-Palm.
Nu die nieuwe informatie binnenkomt, is Journaux enthousiast over de mogelijkheden om het concept van de cenotectiek toe te passen om mensen te helpen het leven te ontdekken.
“Dit is waar de baanbrekende ontdekking en definitie van de cenotectiek een cruciale rol speelt”, aldus Journaux. “Door een absolute grens te stellen aan het bestaan van vloeibaar water, ook bij hoge druk en hoge zoutgehalten, stelt cenotectisch onderzoek ons in staat een absolute grens vast te stellen aan de aanwezigheid van oceanen en potentieel bewoonbare omgevingen.”
Source link
