Rymdforum, Göteborg, 9-10 Mars, 2015

Transkript

1 ? Rymdforum, Göteborg, 9-10 Mars, 2015

2 Finns Aliens!? Naturligtvis! Men det är inte det vi studerar

3

4

5 Rymdmiljön Joniserande strålning (EUV/X, energirika partiklar) Startar kemiska processer i atmosfärer Speciellt i N 2 -CH 4 rika atmosfärer (termosfärer) Producerar komplexa organiska molekyler (via N 2+, N +, dissociation) Skapar en organisk aerosol (dimma) Addera H 2 O(l,g) => Hydrolys => Bl.a. Aminosyror (Miller syntes) Därför intressant för den tidiga Jorden Plasma vind (från Solen eller i magnetosfärer) Påverkar atmosfärers utveckling via erosion

6 Titan Ionization Sources Solar EUV/X Saturn magnetospheric particles Galactic Cosmic rays Molina-Cuberos et al., 2001

7 Längst bort liggande Svenska instrumentet! Cassini Langmuir sond (LP) Väderstation för elektriskt laddad gas (plasma) Noggrann Ampere-meter Densitet Temperatur Hastighet Rymdfarkostens potential EUV (Ly-α) intensitet

8 Titans Jonosfär 2000 Cassini RPWS LP, TA T altitude [ km ] Dagsida Solens EUV cm -3 Nattsidan Energirika partiklar från Saturnus magnetosfär cm ion number density [ cm 3 ] SZA [ deg ] Wahlund et al., Science, 2005 Book reviews 2013 Wahlund et al., Galand et al.

9 Ex. Förenklad kemi Keller et al., 1998

10 Detection of Complex Chemistry km Ions Waite et al., 2007 Tholin formation? Vuitton et al., 2007, Compare with laboratory measurements. Benzen, T16 Neutrals

11 Detection of Negative Ions >10000 amu/q Coates et al. [2007; 2010] Initial stages for aerosol (tholin) formation? Catalytic polymerization CN-, NH2-, (O-) NCN-, HNCN-, C3HC5H5-, C6H-, C6H5Polyenes, Nitriles PAH Cyano-aromatics

12 Energirik joniserande strålning Lättare ämnen bildas initialt från jonisation/dissociation Komplexa kolväten och nitriler skapas via jon-molekyl reaktioner och fotokemi Dominerande N2-CH4 atmosfär Initierar aerosol bildning (dimma) Tyngre ämnen deponeras mot ytan (ca 1 Mton/år) Migrerar till under ytan via isbaserad geologi Hydrolys Möjligheter till Liv? Själv-replikerande molekyler? CH4 från innadöme FoF, 2004

13 Tyngre kemi dominerar längre ned Abundance of heavy (>100 amu) positive ions + joner - ions eaerosol Crary et al., 2009 (CAPS & INMS) Wahlund et al., 2009 (RPWS/LP) Lavvas et al., 2012 Shebanits et al., 2013, RPWS/LP

14

15 Tidiga Jorden (ca 4 Går sedan) Jordens termosfär bestod förmodligen av mycket N 2 och CH 4 från vulkanism (svagt reducerande) Mycket expanderad Solens EUV 5-15xdagens Omfattande jonosfär för produktion av tunga organiska molekyler mer => Gton/år!? Massor av vatten!! [H 2 O(l,g)] Hydrolys! Miller syntes. Kanske den för-biotiska kemin för livet producerades atmosfären! Titan deposition Tian et al., 2005; 2008

16 SLUT

17 Enceladus E-ring

18 Organics in exhaust plume Waite et al., 2006

19 Dust, n e & B

20 JUICE JUpiter ICy moons Explorer

21 JUICE/RPWI Elektriska fält (DC 45 MHz) Magnetiska fält (0.1 Hz 20 khz) Kallt Plasma egenskaper (<100 ev) 25 Institut/institutioner 9 Länder Ca 150 personer 56 M total kostnad för RPWI Ungefär som 1.5 Svensk rymd-farkost till Mars/asteroidbältet Hela JUICE ca 1 G Vetenskap/dataanalys Arkivering/distribuering Mjukvara Operationer/mätningar Kalibrering/tester PR/media Simuleringsstöd Administration

22

23 ?? Magnetosonic disturbance δb, δe, δn/n? Ionosphere σ perp >> Ions collide with atmosphere

24 Ceres

25

26 Gas plume release at Europa Saur et al., 2011 Roth et al., 2014 HST In-situ measurements directly in the plume possible during a flyby ESA JUICE (RPWI, PEP, J-MAG) NASA Europa Clipper Gas releases from icy moons with sub-surface oceans seems common Should contain negatively charged water based dust in dense (cold) plasma environment Contributes a dust-plasma to the plasma disk expanding outward through centrifugal momentum

27 Icy Moons & Oceans Europa Ganymede Sub-surface electric currents has been detected by Galilo/MAG Near surface plasma currents? Callisto

28 GCO500 GCO200 Ionosphere σperp >> Ions collissional with atmosphere

29 Magnetic Footprints MHD Dynamo Interactions Jupiter Aurora Io Ganymed e Europ a

30 Magnetic Footprint MHD Dynamo

31 Ganymede Conductivities & Currents Measurable currents j E ~ 0.1 μa/m2 I 100 ka through exoionosphere? Or through salty sub-surface ocean? Rosenqvist et al., 2009 for Titan

32 Oceaner i Planetsystemet

33 Titans Jonisationskällor 5000 Electron density (cm -3 ) Time SZA Altitude 0 Model solar only RPWS Model Both o 65.8 o 73.6 o 82.2 o 91.1 o o o o 1572 Wahlund et al., Science [2005] Cravens et al., GRL [2005] Reviews by Galand et al. [2013] Wahlund et al. [2013] Altitude [km] Solar Photons Only t = -400 t = -200 t = -100 t = 0 t = +70 t = +130 t = +200 t = Density [cm -3 ] Altitude [km] N2 + Production Parabolic, Magnetospheric Electrons only 200 ev 25 ev 50 ev 100 ev 0,0001 0,001 0,01 0, Production Rates [cm -3 s -1 ]

34

35 Sub-surface ocean detection? Modeling of Ganymede/Europa induction response to time dependent Jovian magnetosphere Perturbation through fast magnetosonic mode Determination of magnitude and characteristics of resulting magnetic & electric fields and plasma density near moons Signals potentially detectable also by RPWI Europa Ganymede 35 Ben Slama & Mueller-Wodarg (2015)