在木卫二上可能发现循环的水蒸气——但只是在一边

根据哈勃1999年至2015年的观测,木星卫星木卫二的冰层表面似乎在不断地向其稀薄的大气层输送水蒸气。

发表在《地球物理研究快报》上的一项新研究描述了木卫二上稳定的水大气。奇怪的是,这种明显的水蒸气只在尾端半球被探测到,也就是背对其轨道方向的那一侧。来自瑞典皇家理工学院的天文学家洛伦兹·罗斯是这篇论文的唯一作者。

木卫二有一个巨大的海洋,完全被冰层覆盖。已知水汽从表面的裂缝中喷发出来,喷出的蒸汽超过60英里(100公里)高。这导致在木卫二极其稀薄的大气中出现了分散的、短暂的水蒸汽区。

但是这项新研究中描述的水蒸气并不是来自这些间歇泉。相反,它是直接来自表面的,因为固体冰直接变成了气体。这似乎是一个持续不断的过程,导致木卫二大气中的水蒸气不断补充。

今年早些时候,罗斯与人合著的一篇论文在木星的卫星木卫三(Ganymede)的大气层中发现了类似的水蒸气痕迹。利用同样的观测技术,罗斯现在证明了类似的过程似乎正在木卫二上发生,尽管只是在木卫二的一侧。在这两种情况下,天文学家都在哈勃太空望远镜的紫外线观测中发现了氧气的踪迹。以木卫二为例,Roth在存档数据集中发现了这些光谱特征,这些数据集是由哈勃的成像光谱仪(STIS)在1999年、2012年、2014年和2015年收集的。这些紫外线观测是在木卫二出现在围绕木星轨道的不同位置时进行的。

哈勃望远镜的数据显示,那里富含氧气,而氧气是水的主要成分。罗斯通过观察不同波长的辐射强度来推断木卫二大气中是否存在水蒸气。Roth考虑了其他的可能性,比如单独的氧分子,氢氧根,甚至是二氧化碳,因为所有这些都能产生氧信号。但正如Roth在一封电子邮件中解释的那样,只有水“与数据真正一致,因此我们得出结论,[水]一定存在,”补充说,它“尽管仍然是间接检测。”

考虑到木卫二和木卫三之间的温度差异,木卫二上可能探测到稳定的水蒸气让人感到意外;木卫二,因为它有一个高度反射的表面,温度不超过零下265华氏度。这比木卫三的表面温度低60华氏度。但即便木卫二的温度如此之低,其表面的水冰还是能够升华,直接从固体变成气体。

至于为什么水蒸汽只出现在木卫二的一个半球上方,现在还是一个悬而未决的问题。木卫二的四面都暴露在阳光下,在它42小时的一天中,哈勃总是观察暴露在阳光下的那一面。这是一个奇怪的观察,但罗斯有一些理论。

“后面的半球更暗,因此可能更温暖,因为‘暗’意味着更多的光被吸收,从而产生热量。这意味着水分子可能更容易从温暖的一面的升华中解放出来,”罗斯解释道。“后面的半球也是带电粒子流向木卫二的一侧。更多的带电粒子可能会撞击到这一侧的表面,但这并不清楚,因为带电粒子有复杂的轨迹。”

未来的工作将需要证实罗斯在木卫二的大气中发现的持续的水蒸气,并解决这个最新的天体难题。美国国家航空航天局的“木卫二快船”和欧洲航天局的“木星冰卫星探测器”将极大地有助于我们了解木星及其引人入胜的富含水的卫星。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/tianwen/1398.html