? Rymdforum, Göteborg, 9-10 Mars, 2015
Finns Aliens!? Naturligtvis! Men det är inte det vi studerar
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
Titan Ionization Sources Solar EUV/X Saturn magnetospheric particles Galactic Cosmic rays Molina-Cuberos et al., 2001
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
Titans Jonosfär 2000 Cassini RPWS LP, TA T82 4000 altitude [ km ] 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 Dagsida Solens EUV 2500-3500 cm -3 Nattsidan Energirika partiklar från Saturnus magnetosfär 400-1000 cm -3 3500 3000 2500 2000 1500 1000 ion number density [ cm 3 ] 1000 500 900 850 0 30 60 90 SZA [ deg ] 120 150 180 0 Wahlund et al., Science, 2005 Book reviews 2013 Wahlund et al., Galand et al.
Ex. Förenklad kemi Keller et al., 1998
Detection of Complex Chemistry 950-1000 km Ions Waite et al., 2007 Tholin formation? Vuitton et al., 2007, 2008. Compare with laboratory measurements. Benzen, T16 Neutrals
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
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
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
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 10000 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
SLUT
Enceladus E-ring
Organics in exhaust plume Waite et al., 2006
Dust, n e & B
JUICE JUpiter ICy moons Explorer
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
?? Magnetosonic disturbance δb, δe, δn/n? Ionosphere σ perp >> Ions collide with atmosphere
Ceres
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
Icy Moons & Oceans Europa Ganymede Sub-surface electric currents has been detected by Galilo/MAG Near surface plasma currents? Callisto
GCO500 GCO200 Ionosphere σperp >> Ions collissional with atmosphere
Magnetic Footprints MHD Dynamo Interactions Jupiter Aurora Io Ganymed e Europ a
Magnetic Footprint MHD Dynamo
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
Oceaner i Planetsystemet
Titans Jonisationskällor 5000 Electron density (cm -3 ) 4000 3000 2000 1000 Time SZA Altitude 0 Model solar only RPWS Model Both -400-300 -200-100 0 100 200 300 58.9 o 65.8 o 73.6 o 82.2 o 91.1 o 100.1 o 108.6 o 1841 1562 1350 1218 1174 1222 1357 116.4 o 1572 Wahlund et al., Science [2005] Cravens et al., GRL [2005] Reviews by Galand et al. [2013] Wahlund et al. [2013] Altitude [km] 1950 1750 1550 1350 1150 950 Solar Photons Only t = -400 t = -200 t = -100 t = 0 t = +70 t = +130 t = +200 t = -400 750 100 1000 10000 Density [cm -3 ] Altitude [km] 2700 2200 1700 1200 700 N2 + Production Parabolic, Magnetospheric Electrons only 200 ev 25 ev 50 ev 100 ev 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 Production Rates [cm -3 s -1 ]
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)