Юпітер добре відомий своїми вражаючими полярними сяйвами , багато в чому завдяки орбітальному апарату Juno та нещодавнім зображенням, зробленим космічним телескопом Джеймса Вебба (JWST). Подібно до Землі, ці сліпучі зображення є результатом взаємодії заряджених сонячних частинок із магнітним полем і атмосферою Юпітера.
Протягом багатьох років астрономи також виявляли слабкі полярні сяйва в атмосферах найбільших супутників Юпітера (так званих « Галілеєвих супутників »). Це також результат взаємодії, в такому випадку, між магнітним полем Юпітера та частинками, що виходять з атмосфер супутників.
Виявлення цих слабких полярних сяйв завжди було проблемою, оскільки сонячне світло, відбите від поверхонь супутників, повністю змиває їхні світлові ознаки. У серії нещодавніх робіт команда під керівництвом Бостонського університету та Каліфорнійського технологічного інституту (за підтримки NASA) спостерігала за супутниками Галілея, коли вони переходили в тінь Юпітера.
Ці спостереження показали, що Іо, Європа, Ганімед і Каллісто відчувають у своїх атмосферах кисневі полярні сяйва. Крім того, ці полярні сяйва темно-червоні та майже в 15 разів яскравіші за звичні зелені візерунки, які ми бачимо на Землі.
До дослідницької групи увійшли астрономи з Центру космічної фізики (CSP) Бостонського університету, Відділу геологічних і планетарних наук (GPS) Каліфорнійського технологічного інституту, Лабораторії фізики атмосфери та космосу (LASP) Університету Колорадо, Землі та планети Наука в Каліфорнійському університеті в Берклі, Обсерваторії великого бінокулярного телескопа (LBT), Південно-західному дослідницькому інституті (SwRI), Інституті планетарних наук (PSI), Інституті астрофізики Лейбніца в Потсдамі (AIP) і Центрі космічних польотів імені Годдарда NASA .
Два дослідження під назвою « Оптичні полярні сяйва Європи, Ганімеда та Каллісто » та « Оптичні полярні сяйва Іо в тіні Юпітера » були опубліковані 16 лютого в Planetary Science Journal .
Спостереження команди об’єднали дані Ешель- спектрометра високої роздільної здатності обсерваторії Кека (HIRES) зі спектрами високої роздільної здатності Великого бінокулярного телескопа (LBT) і обсерваторії Apache Point (APO).
Ці спостереження були приурочені до того, щоб побачити Іо, Європу, Ганімед і Каллісто, коли вони увійшли в тінь Юпітера, щоб уникнути перешкод від сонячного світла, відбитого від їхніх поверхонь. Ці дані розкрили цінну інформацію про склад атмосфери супутників, яка включала кисень (як і очікувалося).
Кетрін де Клер, професор Каліфорнійського технологічного інституту та провідний автор однієї з двох робіт, пояснила в прес-релізі обсерваторії Кека :
«Ці спостереження складні, тому що в тіні Юпітера супутники майже невидимі. Світло, випромінюване їх слабкими полярними сяйвами, є єдиним підтвердженням того, що ми навіть направили телескоп у потрібне місце. Яскравість різних кольорів полярних сяйв говорить нам, що Ймовірно, складається атмосфера цих супутників. Ми виявили, що молекулярний кисень, як і те, чим ми дихаємо тут, на Землі, є, ймовірно, основною складовою крижаної атмосфери Місяця».
Усі чотири супутники Галілея демонстрували однакові кисневі полярні сяйва, схожі на те, що ми бачимо з Aurora Borealis і Australis ( Північне та Південне сяйво ) тут, на Землі.
У випадку Європи, Ганімеда та Каллісто вміст кисню в їхніх атмосферах зумовлений фотолізом, процесом, під час якого водяний лід сублімується та розкладається сонячним випромінюванням на водень і кисень. У випадку Іо кисень утворюється завдяки діоксиду сірки (викидається багатьма вулканами, які всіяли його поверхню), взаємодіючи з сонячним випромінюванням, утворюючи монооксид сірки та елементарний кисень.
Але через їх набагато тоншу атмосферу цей кисень світиться темно-червоним і (для Європи та Ганімеда) інфрачервоними хвилями, причому останнє не видно людському оку.
Через вулканічну активність Іо такі солі, як хлорид натрію та хлорид калію, також присутні в атмосфері, де вони також розщеплюються сонячною радіацією. Це призводить до того, що полярні сяйва на Іо випромінюють жовто-оранжеве світіння (спричинене натрієм) і світяться в інфрачервоному діапазоні (спричинене калієм).
Це був перший раз, коли астрономи спостерігали таке інфрачервоне світіння в атмосферах цих супутників. Щобільше, нові вимірювання також виявили мінімальні ознаки водяної пари, яка раніше вважалася компонентом атмосфер Європи, Ганімеда та Каллісто.
Вважається, що під крижаною поверхнею всіх трьох супутників є внутрішні океани, і є навіть деякі попередні докази того, що водяна пара в атмосфері Європи може бути результатом діяльності шлейфу. Вважається, що ці шлейфи пов’язані з внутрішнім океаном Місяця або резервуарами рідини в його крижаній оболонці.
Спостереження також показали, як нахилене магнітне поле Юпітера викликає зміну яскравості полярних сяйв під час обертання газового гіганта. Нахил цього поля приблизно на 10° від осі обертання Юпітера порівняно з нахилом Землі на 11° означає, що супутники відчуватимуть сильнішу взаємодію в певний час своєї орбіти.
Нарешті, вони також відзначили, як атмосфера швидко реагувала на зміни температури, спричинені переходом між сонячним світлом і проходженням у тіні Юпітера. Сказав Карл Шмідт, професор астрономії Бостонського університету та провідний автор другої статті:
«Натрій Іо стає дуже слабким протягом 15 хвилин після того, як він увійшов у тінь Юпітера, але потрібно кілька годин, щоб відновитися після того, як він з’явиться на сонячному світлі. Ці нові характеристики дійсно корисні для розуміння хімії атмосфери Іо. Чудово, що затемнення Юпітера пропонують природний експеримент для дізнатися, як сонячне світло впливає на його атмосферу».
Ці останні спостереження додали хвилювання тому, що вже є дуже захоплюючим полем досліджень. У найближчі роки космічні агентства відправлять до Європи та Ганімеда більше роботів-дослідників – Europa Clipper NASA та JUpiter ICy moon Explorer (JUICE) ESA.
Ці місії здійснять численні обльоти цих супутників, зберуть дані про склад їхніх атмосфер і поверхонь, а також спробують виявити ознаки можливого життя в їхніх надрах («біосигнатури»). Побачивши ці яскраво-червоні полярні сяйва зблизька, вас просто вразить!
