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,表面的水被冻结成冰。

但木卫三的海洋位于地壳以下约160千米处,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。

 

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1998年,哈勃太空望远镜成像光谱仪(STIS)拍摄了第一张木卫三的紫外线(UV)图像,在两张图像中显示了被称为极光带的带电气体彩色带,并提供了进一步的证据,证明木卫三具有弱磁场。

 

这些紫外观察的相似性似乎可以用分子氧(O2)的存在来解释。但一些观测到的特征与纯氧大气的预期排放不符。与此同时,科学家得出结论,这种差异可能与氧原子浓度较高有关。

 

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。

哈勃:木卫三发现了水蒸“气”

▲木卫三极光带震荡现象 NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

 

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(COS)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年数据的原始解释相反,他们发现木卫三的大气中几乎没有原子氧。这意味着,对于这些紫外线极光图像的明显差异,肯定有另一种解释。

 

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Roth和他的团队随后进一步观察了紫外线图像中极光的相对分布。木卫三的表面温度在一天中有很大的变化,在中午时分,在赤道附近,它可能会变得足够温暖,使得冰表面释放(或升华)少量的水分子。事实上,在紫外线图像中感知到的差异与木卫三大气中可能存在的水的位置直接相关。

哈勃:木卫三发现了水蒸“气”

▲木卫三分层结构 NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

 

“到目前为止,只观察到了分子氧,”Roth解释说。“这是带电粒子侵蚀冰表面时产生的。我们现在测量的水蒸气来自温暖的冰冻地区水蒸气热逸导致的升华现象。

 

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。

 

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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,尤其是木卫三是一个行星体和潜在的生命星球。

 

木卫三被确定详细调查,因为它提供了一个天然实验室,用于分析冰雪世界的自然、进化和潜在的可居住性,它在卫星系统中扮演的角色,以及它与木星及其环境的独特磁和等离子体相互作用。

 

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。”

目前,美国宇航局的“朱诺”号任务还在观察木卫三,并于最近发布了这颗冰冷卫星的新图像。自2016年以来,朱诺号一直在研究木星及其环境,即木星系统。

 

了解木星系统并揭开它的历史,能让我们更好地了解气态巨行星及其卫星的形成和演化。此外,希望能对类木星系外行星系统的宜居性有新的认识。

原文始发于微信公众号(孤岛巨鲸):哈勃:木卫三发现了水蒸“气”