哈勃发现了Jupiter的月球腺体大气中水蒸气的首先证据

艺术家的盖尼米德印象

这张图片展示了一幅艺术家对木星卫星木卫三的印象。天文学家利用美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜的档案数据集,首次揭示了木星卫星木卫三大气中存在水蒸气的证据,这是水蒸气从该卫星冰冷的表面热逃逸的结果。来源:ESA/哈勃,J. daSilva

在冰冻世界中发现的氧气与表面冰的升华有关

虽然比起泡的行星水星大,但杰维安月亮甘肃韦没有地方去晒日光浴。距离阳光下的1亿英里,其表面上的水冰在寒冷温度下冷冻固体,低至300度华氏温度.这使得冰像岩石一样坚硬。尽管如此,来自太阳的带电粒子雨足以在正午时分将木卫三上的冰变成水蒸气。这是第一次发现这样的证据哈勃太空望远镜跨越二十年的甘草血针的光谱观察。极光用于追踪氧的存在,然后氧气与溅射表面溅射的水分子的存在。Ganymede有一个深海,估计在表面下方100英里。对水蒸气泄漏的情况来说太深了。


天文学家使用了来自">美国宇航局哈勃太空望远镜发现了大气中水蒸气存在的证据木星月亮伽倪墨得斯。水汽的存在是由于月球表面结冰的水分子的热激发。先前的研究提供了月球含水比地球上所有海洋都多的间接证据。然而,那里的温度非常低,表面的水结冰了,海洋位于地壳下大约100英里处。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

天文学家首次发现了木星卫星木卫三大气中存在水蒸气的证据。当月球表面的冰升华时,即从固体变成气体,水蒸气就形成了。

科学家们利用来自美国宇航局哈勃太空望远镜的新数据集和档案数据集进行了这一发现,并发表在该杂志上自然天文学

此前的研究提供了间接证据,表明太阳系最大的卫星木卫三(Ganymede)含有的水比地球上所有的海洋都要多。然而,那里的温度非常低,表面的水被冻结成固体。木卫三的海洋位于地壳以下约100英里处;因此,水汽并不代表这片海洋的蒸发。

天文学家重新检查了哈勃望远镜过去20年的观测结果,以发现水蒸气存在的证据。

1998年,哈勃太空望远镜成像光谱仪拍摄了木卫三的第一张紫外线(UV)图像,显示了被称为极光带的带电气体的彩色条带,并提供了进一步的证据,证明木卫三具有弱磁场。

1998年哈勃对木卫三的紫外线观测

1998年,哈勃太空望远镜成像光谱仪拍摄了木卫三的第一批紫外线图像,揭示了观测到的木卫三大气层排放物的一种特殊模式。月球上的极光带与地球和其他有磁场的行星上观测到的极光椭圆形有点相似。这是木卫三具有永久磁场的证据。紫外观测的相似性可以用分子氧的存在来解释。这种差异当时被解释为原子氧的存在,它产生的信号对一种紫外线颜色的影响大于另一种。来源:NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH)

通过分子氧(O 2)的存在解释了这些紫外线观察中的相似性。但一些观察到的功能与纯O2氛围中的预期排放不符。与此同时,科学家得出结论,这种差异可能与较高浓度的原子氧(O)有关。

作为2018年美国国家航空航天局(NASA)“朱诺”(Juno)任务的大型观测项目的一部分,瑞典斯德哥尔摩KTH皇家理工学院(KTH Royal Institute of Technology)的洛伦兹·罗斯(Lorenz Roth)领导的团队开始用哈勃望远镜测量原子氧的含量。该团队的分析结合了两种仪器的数据:2018年的哈勃宇宙起源光谱仪和1998年至2010年的太空望远镜成像光谱仪(STIS)的存档图像。

令他们惊讶的是,与1998年的数据的原始解释相反,他们发现了Ganymede的大气中几乎没有原子氧气。这意味着必须有另一种解释这些UV极光图像的表观差异。

1996年哈勃观测到的木卫三

这张照片展示了1996年美国宇航局哈勃太空望远镜观测到的木星卫星木卫三。木卫三位于5亿英里(超过6亿公里)之外,哈勃可以跟踪月球上的变化,并在紫外和近红外波长揭示其他特征。天文学家现在利用哈勃望远镜提供的新的档案数据集,首次揭示了木星卫星木卫三大气中存在水蒸气的证据,这是由于水蒸气从木卫三冰冷的表面热逸而来。来源:NASA, ESA, John Spencer (SwRI Boulder)

罗斯和他的团队然后仔细看看紫外线图像中极光的相对分布。Ganymede的表面温度全天都变化,并且在赤道附近的中午左右,它可能会充分温暖,即冰面释放(或升华)一些少量的水分子。事实上,紫外线图像的感知差异与在月球大气中预期的水有直接相关。

“到目前为止,只观察到分子氧,”解释说。“这是在带电粒子侵蚀冰面时产生的。我们测量的水蒸气现在起源于来自温暖冰冷地区的水蒸气热逸出引起的冰升华。“

这一发现为欧洲航天局(ESA)即将实施的木星冰卫星探测计划(JUICE)增添了新的期待。JUICE是欧洲航天局宇宙远景2015-2025计划中的第一个大型任务。计划于2022年发射,2029年抵达木星,它将花费至少三年的时间详细观察木星及其三颗最大的卫星,特别强调木卫三是一个行星体和潜在的栖息地。

木卫三被确定用于详细调查,因为它提供了一个天然实验室,用于分析冰天雪地世界的自然、进化和潜在的可居住性,它在伽利略卫星系统中扮演的角色,以及它独特的磁性和可居住性等离子体与木星及其环境的互动。

Roth补充说:“我们的结果可以为JUICE仪器团队提供有价值的信息,这些信息可能被用来完善他们的观测计划,以优化航天器的使用。”

现在,美国宇航局的“朱诺”号任务正在仔细观察木卫三最近发布了冰冷的月亮的新图像.朱诺一直在研究木星及其环境,自2016年以来又称为Jovian系统。

了解Jovian系统并解开其历史,从它的起源到可能的可居住环境的出现,将使我们更好地了解天然气行星和卫星形式和发展的方式。此外,有望在木星类似的外表系统的居住地上找到新的洞察力。

参考:Lorenz Roth, Nickolay Ivchenko, G. Randall Gladstone, Joachim Saur, Denis Grodent, Bertrand Bonfond, Philippa M. Molyneux和Kurt D. Retherford, 2021年7月26日,自然天文学
DOI:10.1038 / S41550-021-01426-9

哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局(ESA)之间的一个国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃望远镜的科学操作。STScI是由位于华盛顿特区的大学天文学研究协会为NASA运作的

1评论“哈勃首次发现木星卫星木卫三大气中存在水蒸气的证据”

  1. 如果分子氧衍生自水蒸气,则氢必须释放到空间中?对于有可能的居住性,应该有臭氧保护来自紫外线辐射的初生氨基酸和核酸。这仍然是蛋白质和细胞生命的长途途径。在火星上面临类似的问题。

留下你的评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。