Hubble ontdekte het eerste bewijs van waterdamp in de atmosfeer van Jupiters maan Ganymedes

De zuurstof in de bevroren wereld is gebonden aan het stijgende oppervlakte-ijs

Hoewel groter dan de planeet Mercurius, is de maan Ganymedes van Jupiter geen plek om te zonnebaden. Gelegen op het oppervlak miljard mijl van de zon, bevriest het waterijs vast bij temperaturen zo laag als min 300 graden Fahrenheit. Dit maakt het ijs zo hard als rotsen. De regen van geladen deeltjes die van de zon komt, is echter voldoende om het ijs ’s middags bij Ganymedes in waterdamp te veranderen. Dit is de eerste keer dat dergelijk bewijs is gevonden door middel van spectroscopische waarnemingen door de Hubble Ruimtetelescoop van de aurora borealis op Ganymedes in de loop van twee decennia. De aurora borealis wordt gebruikt om de aanwezigheid van zuurstof te volgen, die vervolgens wordt gerelateerd aan de aanwezigheid van watermoleculen verspreid over het oppervlak. Ganymedes heeft een diepe oceaan die zich ongeveer 100 mijl onder het oppervlak bevindt. Dit is te diep om waterdamp te laten ontsnappen.

Astronomen hebben nieuwe en gearchiveerde datasets van NASA’s Hubble-ruimtetelescoop gebruikt om bewijs van waterdamp in de atmosfeer van Jupiters maan Ganymedes te detecteren. Stoom bestaat vanwege de thermische excitatie van watermoleculen van het ijzige oppervlak van de maan. Eerder onderzoek leverde indirect bewijs dat de maan meer water bevat dan alle oceanen van de aarde. De temperaturen zijn daar echter zo koud dat het water aan de oppervlakte bevriest en de oceaan ongeveer 100 mijl onder de korst ligt. Krediet: NASA’s Goddard Space Flight Center

Astronomen hebben voor het eerst bewijs gevonden van waterdamp in de atmosfeer van Jupiters maan Ganymedes. Deze waterdamp wordt gevormd wanneer ijs opstijgt van het oppervlak van de maan – dat wil zeggen, het verandert van vast naar gas.

Wetenschappers gebruikten nieuwe en gearchiveerde datasets van NASA’s Hubble Space Telescope om de ontdekking te doen, die in het tijdschrift wordt gepubliceerd. natuurlijke astronomie.

Eerder onderzoek leverde indirect bewijs dat Ganymedes, de grootste maan van het zonnestelsel, meer water bevat dan alle oceanen van de aarde. De temperaturen zijn daar echter zo koud dat het water aan de oppervlakte vast bevriest. De oceaan van Ganymedes zal ongeveer 100 mijl onder de korst liggen. Daarom zou waterdamp niet de verdamping van deze oceaan vertegenwoordigen.

Astronomen hebben Hubble-waarnemingen van de afgelopen twee decennia opnieuw onderzocht om dit bewijs van waterdamp te vinden.

In 1998 nam het spectroscopische beeldvormingsinstrument van de Hubble Ruimtetelescoop de eerste ultraviolette (UV) beelden van Ganymedes, die kleurrijke banden van geëlektrificeerd gas, poollichtbanden genaamd, onthulden, wat verder bewijs leverde dat het veld van Ganymedes een zwak magnetisch veld heeft.

In 1998 legde de Spectroscopische Imager van de Hubble Ruimtetelescoop deze eerste ultraviolette beelden van Ganymedes vast, die een specifiek patroon onthulden in de waargenomen emissies van de atmosfeer van de maan. De maan vertoont poollichtbanden die enigszins lijken op de aurora borealis-ovalen die op aarde en andere planeten met magnetische velden worden waargenomen. Dit was een illustratief bewijs van het feit dat Ganymedes een permanent magnetisch veld heeft. De overeenkomsten in de ultraviolette waarnemingen werden verklaard door de aanwezigheid van moleculaire zuurstof. De verschillen in die tijd werden verklaard door de aanwezigheid van atomaire zuurstof, die een signaal produceert dat de ene UV-kleur meer beïnvloedt dan de andere. Krediet: NASA, Europees Ruimteagentschap, Lorenz Roth (KTH)

De overeenkomsten in deze UV-waarnemingen werden verklaard door de aanwezigheid van moleculaire zuurstof (O2). Maar sommige van de waargenomen kenmerken komen niet overeen met de emissies die worden verwacht van een zuivere O2-atmosfeer. Tegelijkertijd concludeerden de wetenschappers dat deze discrepantie hoogstwaarschijnlijk verband hield met hogere concentraties atomaire zuurstof (O).

Als onderdeel van een groot monitoringprogramma ter ondersteuning van NASA’s Juno-missie in 2018, leidde Lorenz Roth van het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, Zweden het team dat de hoeveelheid atomaire zuurstof wilde meten met behulp van Hubble. De analyse van het team combineerde gegevens van twee instrumenten: de Hubble Cosmic Origins Spectrometer in 2018 en archiefbeelden van de Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) van 1998 tot 2010.

Tot hun verbazing, en in tegenstelling tot de oorspronkelijke interpretaties van gegevens uit 1998, ontdekten ze dat er nauwelijks atomaire zuurstof in de atmosfeer van Ganymedes is. Dit betekent dat er een andere verklaring moet zijn voor de schijnbare verschillen in de ultraviolette aurorabeelden.

Deze afbeelding toont de Jupitermaan Ganymedes zoals gezien door NASA’s Hubble-ruimtetelescoop in 1996. Hubble bevindt zich op een afstand van een halve miljard mijl (meer dan 600 miljoen km) en kan veranderingen op de maan volgen en andere eigenschappen in ultraviolet en infrarood nabij rood onthullen. golflengten. Astronomen hebben nu nieuwe en gearchiveerde datasets van Hubble gebruikt om voor het eerst bewijs van waterdamp in Jupiters maan Ganymedes te detecteren, aanwezig als gevolg van de thermische ontsnapping van waterdamp van het ijzige oppervlak van de maan. Krediet: NASA, ESA en John Spencer (SwRI Boulder)

Vervolgens namen Roth en zijn team de relatieve verdeling van de aurora borealis in de ultraviolette beelden onder de loep. De oppervlaktetemperatuur van Ganymedes varieert sterk gedurende de dag, en rond het middaguur in de buurt van de evenaar kan het zo warm worden dat het oppervlak van het ijs enkele kleine hoeveelheden watermoleculen vrijgeeft (of stolt). In feite houden de waargenomen verschillen in de UV-beelden direct verband met waar water naar verwachting zal zijn in de maanatmosfeer.

“Tot nu toe is alleen moleculaire zuurstof waargenomen,” legde Roth uit. “Dit ontstaat wanneer geladen deeltjes het oppervlak van het ijs eroderen. De waterdamp die we nu hebben gemeten, komt voort uit de sublimatie van het ijs veroorzaakt door de thermische ontsnapping van waterdamp uit de warme ijzige gebieden.”

Deze ontdekking voegt anticipatie toe aan de aanstaande ESA-missie (European Space Agency), JUICE, wat staat voor JUpiter ICy Satellite Explorer. JUICE is de eerste grote missie in het Cosmic Vision-programma 2015-2025 van de European Space Agency. Gepland om in 2022 te lanceren en Jupiter in 2029 te bereiken, zal het minstens drie jaar besteden aan het maken van gedetailleerde observaties van Jupiter en drie van zijn grootste manen, met een bijzondere focus op Ganymedes als een planetair object en potentiële habitat.

Ganymedes werd geselecteerd voor gedetailleerd onderzoek omdat het een natuurlijk laboratorium biedt voor het analyseren van de aard, evolutie en bewoonbaarheid van ijzige werelden in het algemeen, de rol die het speelt binnen het Galilese satellietsysteem en zijn unieke magnetische en plasma-interacties met Jupiter en zijn locatie. Omgeving.

“Onze resultaten kunnen JUICE-instrumentteams waardevolle informatie bieden die kan worden gebruikt om hun monitoringplannen te verbeteren om het gebruik van ruimtevaartuigen te verbeteren”, voegde Roth eraan toe.

Momenteel neemt NASA’s Juno-missie Ganymedes onder de loep en heeft onlangs nieuwe beelden van de ijzige maan vrijgegeven. Juno bestudeert sinds 2016 Jupiter en zijn omgeving, ook wel bekend als het Jupiterstelsel.

Door het Jovische systeem te begrijpen en zijn geschiedenis te onthullen, van zijn oorsprong tot de mogelijke opkomst van bewoonbare omgevingen, zullen we een beter begrip krijgen van hoe de gasreuzenplaneten en hun satellieten gevormd en geëvolueerd zijn. Daarnaast hopen we nieuwe inzichten te krijgen in de bewoonbaarheid van Jupiter-achtige exoplaneetsystemen.

Referentie: “Transcendentale wateratmosfeer op Ganymedes ontdekt door Hubble Space Telescope Observations” door Lorenz Roth, Nikolai Evchenko en J. Randall Gladstone, Joachim Sauer, Dennis Grodent, Bertrand Bonfond, Philippa Molyneux en Kurt de Retherford, 26 juli 2021 en natuurlijke astronomie.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01426-9

De Hubble Space Telescope is een internationaal samenwerkingsproject tussen NASA en de European Space Agency (ESA). De telescoop wordt beheerd door NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Het Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, voert Hubble-wetenschappelijke operaties uit. STScI wordt voor NASA beheerd door het Consortium of Universities for Research in Astronomy in Washington, DC