哈勃在木星的卫星木卫三上发现水蒸气的第一个证据
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1998 年，哈勃太空望远镜成像光谱仪 (STIS) 拍摄了这些木卫三的第一张紫外线 (UV) 图像，揭示了观测到的月球大气辐射的特定模式。月球显示的极光带与在地球和其他具有磁场的行星上观察到的极光椭圆有些相似。这是木卫三具有永久磁场这一事实的说明性证据。紫外观测中的相似性可以通过分子氧 (O 2 )的存在来解释。当时可以通过原子氧 (O) 的存在来解释这种差异，它产生的信号对一种紫外线颜色的影响比对另一种颜色的影响更大。图片来源：NASA、ESA、洛伦兹·罗斯(KTH)
哈勃在木星的卫星木卫三上发现水蒸气的第一个证据
由 欧空局/哈勃信息中心 2021 年 7 月 26 日
天文学家首次发现木星卫星木卫三大气中存在水蒸气的证据。当月球表面的冰升华（即从固体变成气体）时，就会形成这种水蒸气。
科学家们使用来自美国宇航局哈勃太空望远镜的新档案数据集进行了这一发现，该发现发表在《自然天文学》杂志上。
先前的研究提供了间接证据，证明木卫三是太阳系中最大的卫星，其含水量比地球上所有的海洋都要多。然而，那里的温度太冷了，以至于表面上的水都冻结成固体。木卫三的海洋位于地壳下方大约 100 英里处；因此，水蒸气不代表这片海洋的蒸发。
天文学家重新检查了过去二十年哈勃望远镜的观测结果，以找到这种水蒸气存在的证据。
1998 年，哈勃太空望远镜成像光谱仪 (STIS) 拍摄了木卫三的第一张紫外线 (UV) 图像，在两张图像中显示出称为极光带的彩色带电气体带，进一步证明木卫三具有弱磁场。
分子氧 (O 2 )的存在解释了这些紫外线观察结果的相似性。但是一些观察到的特征与纯 O 2大气的预期排放不匹配。同时，科学家得出结论，这种差异可能与原子氧 (O) 浓度较高有关。
作为支持 NASA 2018 年朱诺号任务的大型观测计划的一部分，瑞典斯德哥尔摩 KTH 皇家理工学院的 洛伦兹·罗斯 领导的团队着手与哈勃一起测量原子氧含量。该团队的分析结合了来自两种仪器的数据：2018 年哈勃的宇宙起源光谱仪 (COS) 和 1998 年至 2010 年空间望远镜成像光谱仪 (STIS) 的档案图像。
这张图片展示了 1996 年美国宇航局哈勃太空望远镜看到的木星卫星木卫三。哈勃位于 1/2 亿英里（超过 6 亿公里）之外，可以跟踪月球上的变化并揭示紫外线和近红外波长的其他特征。天文学家现在使用来自哈勃的新档案数据集首次揭示了木星卫星木卫三大气中水蒸气的证据，这是由于水蒸气从月球冰冷的表面热逸出而存在的。图片来源：美国宇航局、欧空局、约翰斯宾塞（SwRI Boulder）
令他们惊讶的是，与 1998 年数据的原始解释相反，他们发现木卫三的大气中几乎没有任何原子氧。这意味着对于这些紫外线极光图像的明显差异，必须有另一种解释。
洛伦兹·罗斯 和他的团队随后仔细研究了紫外线图像中极光的相对分布。木卫三的表面温度全天变化很大，在接近赤道的中午时分，它可能变得足够温暖，以至于冰面释放（或升华）一些少量的水分子。事实上，紫外线图像中感知到的差异与木卫三大气中预期水的位置直接相关。
“到目前为止，只观察到了分子氧这是带电粒子侵蚀冰面时产生的。我们现在测量的水蒸气来源于暖冰地区水蒸气热逸出所引起的冰升华。”
这一发现增加了对 ESA（欧洲航天局）即将执行的任务 JUICE 的期待，JUICE 代表木星 ICy 卫星探索者。JUICE 是 ESA 的宇宙视野2015-2025 计划中的第一个大型任务。计划于 2022 年发射并于 2029 年抵达木星，它将花费至少三年时间对木星及其三颗最大的卫星进行详细观测，特别强调木卫三作为行星体和潜在栖息地。
木卫三之所以被确定进行详细调查，是因为它提供了一个天然实验室，可以分析一般冰冷世界的性质、演化和潜在宜居性，它在伽利略卫星系统中的作用，以及它与木星环境及其独特的磁和等离子体相互作用。
“我们的结果可以为 JUICE 仪器团队提供有价值的信息，这些信息可用于完善他们的观测计划，以优化航天器的使用，”罗斯补充道。
目前，美国宇航局的朱诺号任务正在仔细观察木卫三，并最近发布了冰月亮的新图像。自 2016 年以来，朱诺一直在研究木星及其环境，也称为木星系统。
了解木星系统并解开它的历史，从它的起源到可能出现的宜居环境，将使我们更好地了解气态巨行星及其卫星是如何形成和演化的。此外，有望在类似木星的系外行星系统的宜居性方面找到新的见解。
探索
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更多信息：Lorenz Roth 等人，从哈勃太空望远镜观测到的木卫三升华水大气，自然天文学（2021 年）。期刊信息：自然天文学
由 欧空局/哈勃信息中心提供
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