Впервые астрономы нашли прямые доказательства наличия водяного пара в атмосфере спутника Юпитера Ганимеда. Этот водяной пар образуется в процессе, когда лед, покрывающий поверхность самой большой луны в Солнечной системе, сублимируется, то есть переходит из твердого состояния в газообразное.

Сделанный «Хабблом» снимок спутника Юпитера Ганимеда за 1998 г. © SCIENCE: NASA, ESA, John Spencer (SwRI Boulder)

Как недавно сообщила в журнале Nature Astronomy группа под руководством Лоренца Рота из Королевского технологического института KTH (Стокгольм, Швеция), им удалось обнаружить водяной пар с помощью космического телескопа «Хаббл».

Еще ранее наблюдения указывали на наличие водяного пара на Ганимеде, под ледяной коркой которого находится огромный водный океан, в котором связано больше воды, чем имеется воды во всех земных морях и океанах. Однако пока не ясно, как водяной пар вообще может образовываться при чрезвычайно низких температурах, господствующих на поверхности Ганимеда.

Сам жидкий водный океан Ганимеда находится примерно на глубине 100 миль от поверхности его ледяной и, соответственно, толстой коры. А это означает то, что водяной пар - это не вода из этого океана.

Еще в 1998 году инструмент Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), установленный на космическом телескопе, впервые предоставил изображения Ганимеда в ультрафиолетовом спектре. На этих снимках можно было распознать разноцветные полосы электрически заряженного газа, так называемые ленты полярных сияний, и это впервые засвидетельствовало о наличии слабого планетарного магнитного поля этой юпитерианской луны. Тогда эти результаты были объяснены наличием молекулярного кислорода (O2). Правда, в то время не все особенности наблюдений соответствовали идее о чистой атмосфере CO2 вокруг Ганимеда. Поэтому ученые пришли к выводу, что расхождения можно объяснить более высокой концентрацией атомарного кислорода (O).

Сделанные в 1998 г. «Хабблом» снимки Ганимеда в ультрафиолетовом спектре показали полосы полярных сияний. © SCIENCE: NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH)

В 2018 году команда Рота снова приступила к измерениям количества атомарного кислорода с помощью «Хаббла». Для этого ученые объединили два инструмента «Хаббла»: Cosmic Origins Spectrograph (COS) и более ранние данные STIS с 1998 по 2010 год.

К удивлению исследователей и в отличие от предыдущих интерпретаций более старых данных, команда Рота обнаружила, что на самом деле в атмосфере Ганимеда почти не оказалось атомарного кислорода. Это, в свою очередь, означало, что должно существовать и другое объяснение снимков полос полярного сияния.

Затем Рот и его команда исследовали распределение полярного сияния на ультрафиолетовых изображениях. Фактически, температура поверхности Ганимеда сильно колеблется между днем и ночью. Около полудня экваториальная область естественного спутника Юпитера становится настолько теплой, что поверхность льда выделяет небольшое количество молекул воды. И, как теперь определили исследователи, полярное сияние на ультрафиолетовых изображениях напрямую связано с местами, где ожидался выброс водяного пара в атмосферу Ганимеда.

Первое изображение спутника Юпитера Ганимеда, сделанное зондом Juno. © NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

«Пока что наблюдался только молекулярный кислород», - объясняет Рот. - «Он образуется, когда заряженные частицы разрушают ледяную поверхность Ганимеда. То есть водяной пар, который мы сейчас измерили, является результатом сублимации поверхностного льда в более теплых регионах».

Открытие вселяет надежды в отношении предстоящей европейской миссии JUICE, которая будет специально исследовать ледяные спутники Юпитера. Автоматический зонд JUpiter ICy Moons Explorer должен прибыть в систему Юпитера в 2029 году и исследовать три крупнейших спутника Юпитера. Ганимед находится в авангарде интереса, как потенциально благоприятный для жизни океанический мир.

«Наши результаты предоставляют для JUICE важную информацию, с помощью которой зонд может быть максимально оптимизирован до запланированного запуска», - говорит Рот в восторге. NASA изучает систему Юпитера с помощью зонда Juno с 2016 года, который недавно предоставил новые изображения Ганимеда.