Аппарат Джеймс Уэбб наблюдал за спутниками Юпитера в инфракрасном диапазоне, обнаружив новые детали
Спектроскопическая карта Ганимеда (слева), полученная с помощью аппарата "Уэбб", показывает поглощение света в районе полюсов, характерное для перекиси водорода. Справа - инфракрасное изображение Ио, на котором видны извержения горячих вулканов. Авторы: Саманта Трамбо, Корнелл, и Имке де Патер, Калифорнийский университет в Беркли.
Космический аппарат Джеймс Уэбб раскрывает новые тайны галилеевых спутников Юпитера. В частности, Ганимед, самая большой спутник, и Ио, наиболее вулканически активный. Благодаря чувствительности инфракрасных камер и высокому разрешению спектрометра "Уэбба" позволил сделать два очень интересных открытия.
В первом исследовании астрономы описывают обнаружение перекиси водорода в районе полюсов Ганимеда. Эта молекула (H2O2) была обнаружена благодаря измерениям NIRSpec (Near InfraRed Spectrometer) и, по мнению ученых, возникла в результате воздействия заряженных частиц на ледяную поверхность спутника. Второе исследование, напротив, показывает обнаружение серных паров на Ио, на что также повлияла близость к газовому гиганту.
Перекись водорода на полюсах Ганимеда
По мнению исследователей, перекись водорода, обнаруженная в инфракрасном диапазоне спектров, полученных с помощью аппарата "Уэбб", образуется под действием заряженных частиц Юпитера, которые ударяются о водяной лед в районе полюсов Ганимеда и разбивают водные молекулы на фрагменты (этот процесс называется радиолизом). Затем они рекомбинируют, образуя H2O2.
Причиной того, что радиолиз происходит в основном вокруг полюсов спутника, а не равномерно по всей его поверхности, является его интенсивное магнитное поле, которое направляет заряженные частицы к полюсам. "Подобно тому, как магнитное поле Земли направляет заряженные частицы от Солнца в более высокие широты, вызывая появление полярного сияния", — пояснила Саманта Трамбо, постдок из Корнельского университета и ведущий автор исследования Ганимеда.
Обнаружив присутствие перекиси водорода на полюсах Ганимеда, "Уэбб" впервые показывает нам, что заряженные частицы, направляемые вдоль его магнитного поля, изменяют химический состав поверхности его полярных шапок. Трамбо и Майкл Браун, профессор планетарной астрономии из Калифорнийского технологического института, ранее изучали перекись водорода на Европе, другом из четырех галилеевых спутников Юпитера. Однако на Европе перекись водорода была обнаружена на большей части поверхности, поскольку она не имеет магнитного поля, защищающего ее от быстро движущихся частиц, проносящихся вокруг Юпитера. Трамбо добавил:
"Вероятно, это очень важный и широко распространенный процесс. Наблюдения за Ганимедом дают возможность понять, как такой радиолиз воды может стимулировать химические процессы на ледяных телах во внешней части Солнечной системы, включая близлежащие Европу и Каллисто".
Сернистая среда Ио
Новые наблюдения спутника Ио, проведенные с помощью аппарата "Джеймс Уэбб", свидетельствуют о нескольких продолжающихся извержениях. Наиболее заметными являются увеличение яркости вулканического комплекса под названием Патера Локи, недавно наблюдавшегося зондом НАСА "Юнона", и исключительно яркое извержение на Kanehekili Fluctus.
Последнее наблюдение представляет собой новый рекорд. Фактически впервые исследователям удалось связать извержение вулкана со специфической эмиссионной характеристикой, обусловленной так называемыми "запрещенными" переходами газообразного монооксида серы (SO).
Диоксид серы (SO2) является основным компонентом атмосферы Ио, образующимся как в результате сублимации SO2-ледяного покрова, так и при извержениях вулканов, аналогичных земным. Однако ученые обнаружили и монооксид серы (SO). Обычно его трудно обнаружить, так как он образуется в результате неблагоприятных переходов, но он крайне важен для понимания вулканической активности.
Благодаря "Уэббу" стало возможным обнаружить светящиеся газы SO, впервые продемонстрировав их вулканическое происхождение. Эта связь между монооксидом серы и вулканами подтверждает гипотезу, сформулированную 20 лет назад. Она предполагает, что такое возбужденное состояние SO возникает только в горячих вулканических источниках и в очень тонкой атмосфере Ио сохраняется достаточно долго, чтобы излучать запрещенную линию, которая обычно подавляется столкновениями с другими молекулами в атмосфере.
JWST вновь будет наблюдать Ио в августе 2023 года с помощью NIRSpec. Предстоящее и предыдущее наблюдение, состоявшееся 15 ноября 2022 года, были проведены, когда Ио находилась в тени Юпитера, так что свет, отраженный от планеты, не перекрывал свет, идущий от Ио.