Hubble Detects Water Vapor in Atmosphere of Ganymede//Το Hubble ανιχνεύει υδρατμούς στην ατμόσφαιρα του Γανυμηδη

 

Jupiter’s icy satellite Ganymede is the largest moon in the Solar System. Water ice on its surface is frozen solid in frigid temperatures as low as minus 185 degrees Celsius (minus 300 degrees Fahrenheit). A rain of charged particles from the Sun is enough to turn the ice into water vapor at high noon on the Ganymede. Using high-sensitivity spectra and spectral images acquired by the NASA/ESA Hubble Space Telescope, planetary researchers have now detected this water vapor in the icy moon’s tenuous atmosphere.

In 1998, Hubble’s Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) took the first ultraviolet (UV) pictures of Ganymede, which revealed a particular pattern in the observed emissions from the icy moon’s atmosphere.

Ganymede displays auroral bands that are somewhat similar to the auroral ovals observed on Earth and other planets with magnetic fields.

These images were therefore illustrative evidence that the moon has a permanent magnetic field.

The similarities between the two UV observations were explained by the presence of molecular oxygen.

The differences were explained at the time by the presence of atomic oxygen, which produces a signal that affects one UV color more than the other.

“Ganymede’s atmosphere is produced by charged particle sputtering and sublimation of its icy surface,” said Dr. Lorenz Roth, a researcher at the KTH Royal Institute of Technology.

“Previous far-UV observations of oxygen emissions were used to infer sputtered molecular oxygen as an atmospheric constituent, but an expected sublimated water component remained undetected.”

In the new research, Dr. Roth and colleagues carried out a combined analysis of new spectra taken in 2018 with Hubble’s Cosmic Origins Spectrograph (COS) and archival images from the STIS instrument from 1998 and 2010.

To their surprise, and in contrast to the original interpretations of the data from 1998, they discovered there was hardly any atomic oxygen in the atmosphere of Ganymede.

This means there must be another explanation for the apparent differences between the UV aurora images.

The explanation was then uncovered by the authors in the relative distribution of the aurorae in the two images.

Ganymede’s surface temperature varies strongly throughout the day, and around noon near the equator it may become sufficiently warm that the icy surface releases some small amounts of water molecules.

In fact, the perceived differences between the UV images are directly correlated with where water would be expected in the moon’s atmosphere.

“Initially only molecular oxygen had been observed. This is produced when charged particles erode the ice surface,” Dr. Roth said.

“The water vapor that we have now measured originates from ice sublimation caused by the thermal escape of water vapor from warm icy regions.”

The results were published online today in the journal Nature Astronomy.

GREEK//  

Ο παγωμένος δορυφόρος του Δία Γανυμήδης είναι το μεγαλύτερο φεγγάρι στο Ηλιακό Σύστημα. Ο πάγος του νερού στην επιφάνειά του παγώνει στερεά σε ψυχρές θερμοκρασίες έως και 185 βαθμούς Κελσίου (μείον 300 βαθμούς Φαρενάιτ). Μια βροχή φορτισμένων σωματιδίων από τον Sunλιο είναι αρκετή για να μετατρέψει τον πάγο σε υδρατμούς το μεσημέρι στο Γανυμήδη. Χρησιμοποιώντας φάσματα υψηλής ευαισθησίας και φασματικές εικόνες που αποκτήθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA/ESA, οι πλανητικοί ερευνητές εντόπισαν τώρα αυτόν τον υδρατμό στην πενιχρή ατμόσφαιρα του παγωμένου φεγγαριού.

Το 1998, το φασματογράφο απεικόνισης διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble (STIS) τράβηξε τις πρώτες υπεριώδεις (UV) φωτογραφίες του Γανυμήδη, οι οποίες αποκάλυψαν ένα ιδιαίτερο μοτίβο στις παρατηρούμενες εκπομπές από την ατμόσφαιρα του παγωμένου φεγγαριού. Ο Γανυμήδης εμφανίζει ταινίες σέλας που μοιάζουν κάπως με τα ωοειδή ωοειδή που παρατηρούνται στη Γη και άλλους πλανήτες με μαγνητικά πεδία. Αυτές οι εικόνες ήταν επομένως ενδεικτικές αποδείξεις ότι το φεγγάρι έχει ένα μόνιμο μαγνητικό πεδίο. Οι ομοιότητες μεταξύ των δύο παρατηρήσεων UV εξηγήθηκαν από την παρουσία μοριακού οξυγόνου.

Οι διαφορές εξηγήθηκαν τότε από την παρουσία ατομικού οξυγόνου, το οποίο παράγει ένα σήμα που επηρεάζει το ένα χρώμα UV περισσότερο από το άλλο. "Η ατμόσφαιρα του Γανυμήδη παράγεται από το φορτίο των σωματιδίων και την εξάχνωση της παγωμένης επιφάνειάς του", δήλωσε ο Δρ Lorenz Roth, ερευνητής στο Βασιλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας του KTH. «Προηγούμενες πολύ υπεριώδεις παρατηρήσεις των εκπομπών οξυγόνου χρησιμοποιήθηκαν για να συμπεράνουμε το διασκορπισμένο μοριακό οξυγόνο ως ατμοσφαιρικό συστατικό, αλλά ένα αναμενόμενο εξιστωμένο συστατικό νερού παρέμεινε απαρατήρητο».

Στη νέα έρευνα, ο Δρ Roth και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν μια συνδυασμένη ανάλυση νέων φασμάτων που ελήφθησαν το 2018 με το Hubble’s Cosmic Origins Spectrograph (COS) και αρχειακές εικόνες από το όργανο STIS από το 1998 και το 2010. Προς έκπληξή τους, και σε αντίθεση με τις αρχικές ερμηνείες των δεδομένων από το 1998, ανακάλυψαν ότι δεν υπήρχε σχεδόν καθόλου ατομικό οξυγόνο στην ατμόσφαιρα του Γανυμήδη. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει άλλη εξήγηση για τις φαινομενικές διαφορές μεταξύ των εικόνων UV aurora. Η εξήγηση στη συνέχεια αποκαλύφθηκε από τους συγγραφείς στη σχετική κατανομή των σέλας στις δύο εικόνες.

Η θερμοκρασία της επιφάνειας του Γανυμήδη ποικίλλει έντονα όλη την ημέρα και γύρω στο μεσημέρι κοντά στον ισημερινό μπορεί να γίνει αρκετά ζεστό ώστε η παγωμένη επιφάνεια να απελευθερώνει κάποιες μικρές ποσότητες μορίων νερού. Στην πραγματικότητα, οι αντιληπτές διαφορές μεταξύ των υπεριωδών εικόνων σχετίζονται άμεσα με το πού θα αναμενόταν νερό στην ατμόσφαιρα του φεγγαριού. «Αρχικά είχε παρατηρηθεί μόνο μοριακό οξυγόνο. Αυτό παράγεται όταν τα φορτισμένα σωματίδια διαβρώνουν την επιφάνεια του πάγου », δήλωσε ο Δρ Roth.

«Οι υδρατμοί που έχουμε μετρήσει προέρχονται από εξάχνωση πάγου που προκαλείται από τη θερμική διαφυγή υδρατμών από θερμές παγωμένες περιοχές». Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν σήμερα στο περιοδικό Nature Astronomy.

sci-news