Хаббл обнаружил следы водяного пара на спутнике Юпитера Ганимеде

Впервые астрономы обнаружили свидетельства наличия водяного пара в атмосфере спутника Юпитера Ганимеда. Этот водяной пар образуется, когда лед с поверхности Луны сублимируется, то есть превращается из твердого вещества в газ.

Ученые использовали новые и архивные наборы данных космического телескопа НАСА Хаббл, чтобы сделать открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy.

Предыдущие исследования предоставили косвенные доказательства того, что Ганимед, самая большая луна в Солнечной системе, содержит больше воды, чем все океаны Земли. Однако температура там настолько низкая, что вода на поверхности замерзает. Океан Ганимеда будет располагаться примерно на 100 миль ниже земной коры; следовательно, водяной пар не будет представлять собой испарение этого океана.

Астрономы пересмотрели наблюдения Хаббла за последние два десятилетия, чтобы найти доказательства наличия водяного пара.

В 1998 году спектрограф для визуализации космического телескопа Хаббла (STIS) получил первые ультрафиолетовые (УФ) изображения Ганимеда, которые показали на двух изображениях красочные ленты наэлектризованного газа, называемые полосами полярных сияний, и предоставили дополнительные доказательства того, что Ганимед имеет слабое магнитное поле.

Сходство этих УФ-наблюдений объяснялось присутствием молекулярного кислорода (O ₂ ). Но некоторые наблюдаемые особенности не соответствовали ожидаемым выбросам из атмосферы чистого O ₂ . В то же время ученые пришли к выводу, что это несоответствие, вероятно, связано с более высокими концентрациями атомарного кислорода (O).

В рамках большой программы наблюдений в поддержку миссии НАСА Juno в 2018 году Лоренц Рот из Королевского технологического института KTH в Стокгольме, Швеция, возглавил команду, которая намеревалась измерить количество атомарного кислорода с помощью телескопа Хаббл. В своем анализе команда объединила данные двух инструментов: спектрографа космического происхождения Хаббла (COS) за 2018 год и архивные изображения спектрографа визуализации космического телескопа (STIS) за период с 1998 по 2010 год.

К их удивлению и вопреки первоначальной интерпретации данных 1998 года, они обнаружили, что в атмосфере Ганимеда почти не было атомарного кислорода. Это означает, что должно быть другое объяснение очевидных различий в этих УФ-изображениях полярных сияний.

Затем Рот и его команда внимательно изучили относительное распределение полярного сияния на УФ-изображениях. Температура поверхности Ганимеда сильно колеблется в течение дня, и около полудня около экватора может стать достаточно теплым, чтобы поверхность льда высвободила (или сублимировала) небольшое количество молекул воды. Фактически, воспринимаемые различия в УФ-изображениях напрямую коррелируют с тем, где в атмосфере Луны можно ожидать воды.

«До сих пор наблюдался только молекулярный кислород», — пояснил Рот. «Это происходит, когда заряженные частицы разъедают поверхность льда. Водяной пар, который мы сейчас измерили, возникает в результате сублимации льда, вызванной тепловым выходом водяного пара из теплых ледяных областей».

Это открытие добавляет ожидания к предстоящей миссии ЕКА (Европейское космическое агентство) JUICE, что означает JUpiter ICy moons Explorer. JUICE — первая миссия большого класса в программе ESA Cosmic Vision 2015-2025. Запланированный на запуск в 2022 году и прибытие к Юпитеру в 2029 году, он потратит не менее трех лет на подробные наблюдения Юпитера и трех его крупнейших спутников, с особым акцентом на Ганимед как на планетное тело и потенциальную среду обитания.

Ганимед был выбран для детального исследования, поскольку он представляет собой естественную лабораторию для анализа природы, эволюции и потенциальной обитаемости ледяных миров в целом, роли, которую он играет в системе галилеевых спутников, и его уникальных магнитных и плазменных взаимодействий с Юпитером и его планетами. окружающая обстановка.

«Наши результаты могут предоставить инструментальным группам JUICE ценную информацию, которая может быть использована для уточнения их планов наблюдений с целью оптимизации использования космического корабля», — добавил Рот.

Прямо сейчас миссия НАСА «Юнона» внимательно изучает Ганимед и недавно выпустила новые изображения ледяной луны. Юнона изучает Юпитер и его окружающую среду, также известную как система Юпитера, с 2016 года.

Понимание системы Юпитера и раскрытие ее истории, от ее происхождения до возможного появления пригодной для жизни среды, предоставит нам лучшее понимание того, как формируются и развиваются газовые планеты-гиганты и их спутники. Кроме того, мы надеемся, что будет найдено новое понимание обитаемости экзопланетных систем, подобных Юпитеру.

Космический телескоп Хаббла — это проект международного сотрудничества между НАСА и ЕКА (Европейское космическое агентство). Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, управляет телескопом. Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, проводит научные операции Хаббла. STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии в Вашингтоне, округ Колумбия.