Naukowcy wykryli dwutlenek węgla i nadtlenek wodoru na zamarzniętej powierzchni[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>Pluto’s largest moon, Charon, using data from the James Webb Space Telescope.
This marks the first discovery of these chemicals on Charon and expands its known chemical inventory, which previously included water ice, ammonia compounds, and the organic materials responsible for its gray and red hues, identified through both ground- and space-based observations.
Groundbreaking Discoveries on Charon
A team led by Southwest Research Institute (SwRI) has detected carbon dioxide and hydrogen peroxide on the frozen surface of Pluto’s largest moon, Charon, using data from the James Webb Space Telescope. This marks the first discovery of these chemicals on Charon and expands its known chemical inventory, which previously included water ice, ammonia compounds, and the organic materials responsible for its gray and red hues, identified through both ground- and space-based observations.
“Charon is the only midsized Kuiper Belt object, in the range of 300 to 1,000 miles in diameter, that has been geologically mapped, thanks to the SwRI-led New Horizons mission, which flew by the Pluto system in 2015,” said Dr. Silvia Protopapa of SwRI, lead author of a new study in Nature Communications and co-investigator of the New Horizons mission that mapped the Pluto system in 2015. “Unlike many of the larger objects in the Kuiper Belt, the surface of Charon is not obscured by highly volatile ices such as methane and therefore provides valuable insights into how processes like sunlight exposure and cratering affect these distant bodies.”
Zespół kierowany przez SwRI wykrył sygnatury widmowe dwutlenku węgla i nadtlenku wodoru na największym księżycu Plutona, Charonie, za pomocą obserwacji teleskopu Webba (biały), co poszerza zakres długości fali poprzednich pomiarów przelotu New Horizons (różowy). Dane z JWST i New Horizons są spójne pod względem kształtu widma i siły pasm absorpcji przy krótkich falach światła; przesunięcie bezwzględnej ilości rozproszonego światła można w dużej mierze przypisać różnicom w geometrii widzenia. Odkrycia te dostarczają wskazówek na temat powstawania i ewolucji Charona, pokazane w tle sfotografowanym przez sondę New Horizons. Źródło: S. Protopapa/SwRI/NASA/ESA/CSA/STSci/JHUAPL
Rola Teleskopu Webba w badaniu Charona
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba idealnie nadaje się do badania Charona i innych ciał lodowych poza nim Neptun. W latach 2022 i 2023 zespół wykorzystał spektrograf bliskiej podczerwieni Webba do przeprowadzenia czterech obserwacji układu Pluton-Charon, pod różnymi kątami widzenia, zapewniając kompleksowe pokrycie północnej półkuli Charona.
„Zaawansowane możliwości obserwacyjne Webba umożliwiły naszemu zespołowi zbadanie światła rozproszonego na powierzchni Charona na falach dłuższych niż było to wcześniej możliwe, poszerzając naszą wiedzę na temat złożoności tego fascynującego obiektu” – powiedział dr Ian Wong, pracownik naukowy Instytutu Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych i współautor artykułu.
Wnioski chemiczne z analizy spektralnej
Rozszerzony zakres długości fali pomiarów Charona Webba ujawnia sygnatury dwutlenku węgla. Zespół porównał obserwacje spektroskopowe z pomiarami laboratoryjnymi i szczegółowymi modelami spektralnymi powierzchni, dochodząc do wniosku, że dwutlenek węgla występuje głównie w postaci powłoki powierzchniowej na podpowierzchni bogatej w lód wodny.
„Nasza preferowana interpretacja jest taka, że górna warstwa dwutlenku węgla pochodzi z wnętrza i została wystawiona na powierzchnię w wyniku kraterów. Wiadomo, że dwutlenek węgla występuje w regionach dysk protoplanetarny z którego powstał układ Plutona” – powiedział Protopapa.
Wpływ sił słonecznych na Charona
Obecność nadtlenku wodoru na powierzchni Charona wyraźnie wskazuje, że powierzchnia bogata w lód wodny jest zmieniana przez słoneczne światło ultrafioletowe i energetyczne cząstki pochodzące z wiatru słonecznego i galaktycznych promieni kosmicznych. Nadtlenek wodoru powstaje z atomów tlenu i wodoru powstających w wyniku rozpadu lodu wodnego pod wpływem napływających jonów, elektronów lub fotonów.
„Eksperymenty laboratoryjne przeprowadzone w ośrodku SwRI CLASSE (Centrum Astrofizyki Laboratoryjnej i Eksperymentów Nauk Kosmicznych) odegrały zasadniczą rolę w wykazaniu, że nadtlenek wodoru może tworzyć się nawet w mieszaninach dwutlenku węgla i lodu wodnego w warunkach analogicznych do tych w Charonie” – powiedział dr Ujjwal ze SwRI Raut, kierownik laboratorium CLASSE i drugi autor artykułu.
Synteza badań obserwacyjnych i eksperymentalnych
Badania zespołu pokazują niezrównaną zdolność teleskopu Webba do odkrywania złożonych sygnatur powierzchni kształtowanych przez uderzenia i procesy napromieniania.
„Nowe spostrzeżenia były możliwe dzięki synergii między obserwacjami Webba, modelowaniem widmowym i eksperymentami laboratoryjnymi i prawdopodobnie można je zastosować do innych podobnych obiektów średniej wielkości poza Neptunem” – powiedział Protopapa.
Odniesienie: „Wykrywanie dwutlenku węgla i nadtlenku wodoru na warstwowej powierzchni Charona za pomocą JWST”: Silvia Protopapa, Ujjwal Raut, Ian Wong, John Stansberry, Geronimo L. Villanueva, Jason Cook, Bryan Holler, William M. Grundy, Rosario Brunetto , Richard J. Cartwright, Bereket Mamo, Joshua P. Emery, Alex H. Parker, Aurelie Guilbert-Lepoutre, Noemi Pinilla-Alonso, Stefanie N. Milam i Heidi B. Hammel, 31 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51826-4
Zobacz także „Za gazetą” post od głównej autorki, dr Silvii Protopapy, na stronie internetowej Springer Nature Research Communities.
Dane wykorzystane w tej pracy uzyskano za pomocą instrumentu JWST/NIROSpec w ramach Programu 1191 (PI: J. Stansberry).
