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首次!哈勃望远镜发现木卫三大气中存在水蒸气的证据,由冰升华而成

Evelyn Zhang

天文学家首次发现了木卫三(木星卫星中的一颗)大气中存在水蒸气的证据。当其表面的冰升华时,即从固体变成气体,水蒸气就形成了。

这一发现发表在《自然·天文学》(Nature Astronomy)杂志上,科学家们使用了来自美国宇航局(NASA)哈勃太空望远镜的新数据集和档案数据集。

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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,水汽并不代表是由这片海洋蒸发而来。

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。

这些紫外观察的相似性,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(O)浓度较高有关。

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1998-2010年的太空望远镜成像光谱仪(STIS)的存档图像。

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卫三。哈勃望远镜位于5亿英里(超过6亿公里)之外,它可以追踪卫星上的变化,并揭示紫外线和近红外波长的其他特征。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。

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。

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该卫星大气中可能存在的水的位置直接相关。

“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,以及它与木星及其环境的独特磁场和等离子体之间的相互作用。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://phys.org/news/2021-07-hubble-evidence-vapor-jupiter-moon.html


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