韦伯太空望远镜带来前所未有的观察木星卫星的视角

来源：cnBeta 　2023-08-14 08:47:18

詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）的突破性观测揭示了木卫二上的过氧化氢和木卫三上正在进行的火山喷发，加深了我们对木星卫星和更广阔的太阳系的了解。

(资料图)

詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）凭借其灵敏的红外摄像机和高分辨率光谱仪，揭示了木星伽利略卫星的新秘密，尤其是最大的卫星木卫三和火山最活跃的木卫一。

在两份不同的出版物中，参与 JWST 早期释放科学计划的天文学家们报告说，他们首次在木卫三上探测到了过氧化氢，在木卫二上探测到了硫磺烟雾，这都是木星影响的结果。

加州大学伯克利分校天文学和地球与行星科学名誉教授伊姆克-德-帕特（Imke de Pater）说："这表明，我们可以用詹姆斯-韦伯太空望远镜对太阳系天体进行令人难以置信的科学研究，即使天体真的非常明亮，比如木星，但当你观察木星旁边非常暗淡的东西时也是如此。"德-帕特和巴黎天文台的蒂埃里-富歇（Thierry Fouchet）是"早期发布科学"太阳系观测团队的联合首席研究员，该团队是13个获得早期使用该望远镜机会的团队之一。

通过 JWST 测量得出的木卫三光谱图显示了两极周围过氧化氢分子的光吸收特征。圆圈勾勒出月球的表面。资料来源：Samantha Trumbo，康奈尔大学

康奈尔大学51 Pegasi b博士后研究员萨曼莎-特伦博（Samantha Trumbo）领导了对木卫三的研究，研究报告于7月21日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。利用JWST上的近红外光谱仪（NIRSpec）捕捉到的测量数据，研究小组探测到了月球南北两极周围的过氧化氢（H2O2）对光的吸收，这是木星和木卫三周围的带电粒子撞击覆盖在月球上的冰层的结果。

特鲁姆博说："JWST揭示了木卫三两极存在过氧化氢，这首次表明沿着木卫三磁场漏斗状分布的带电粒子正在优先改变木卫三极冠的表面化学成分。"

天文学家们认为，过氧化物是由带电粒子撞击两极周围的冰冻水冰并将水分子分解成碎片而产生的--这一过程被称为辐射分解--然后水分子重新结合形成H2O2。他们怀疑辐射分解主要发生在木卫三的两极，因为木卫三与太阳系中的其他卫星不同，它有一个磁场，可以将带电粒子引向两极。

木卫三（左）和木卫一（右）的特写照片，前者由美国宇航局的朱诺号太空船于 2021 年拍摄，后者由美国宇航局的伽利略号太空船于 1997 年拍摄。资料来源：NASA/JPL/USGS

她补充说："就像地球磁场将带电粒子从太阳引向最高纬度，从而导致极光一样，木卫二的磁场对来自木星磁层的带电粒子也起着同样的作用。这些粒子不仅会在木卫三产生极光，还会对冰表面产生影响。"

特伦博和加州理工学院行星天文学教授迈克尔-布朗（特伦博最近在该校获得了博士学位）早些时候研究了木卫二上的过氧化氢，木卫二是木星四颗伽利略卫星中的另一颗。然而，在木卫二的大部分表面都能检测到过氧化氢，部分原因可能是木卫二没有磁场来保护表面不受木星周围快速移动的粒子的影响。

特伦博说："这可能是一个非常重要和广泛的过程。对木卫三的这些观测为了解这种水的辐射分解可能如何推动整个外太阳系冰体的化学反应提供了一个关键窗口，包括邻近的木卫二和卡利斯托（第四颗伽利略卫星）"。

德-帕特说："这有助于真正理解这种所谓的辐射分解是如何起作用的，而且它确实如人们根据地球上的实验室实验所预期的那样起作用。"

JWST 对木卫一的红外图像显示了卡内赫基利波动（Kanehekili Fluctus）（中）和洛基帕特拉（Loki Patera）（右）的热火山喷发。圆圈勾勒出月球表面。资料来源：Imke de Pater，加州大学伯克利分校

在第二篇已被美国地球物理联盟刊物《JGR：行星》接受发表的论文中，de Pater 和她的同事们报告了新的 Webb 对木卫一的观测结果，其中显示了几次正在进行的喷发，包括一个名为 Loki Patera 的火山群的增亮，以及 Kanehekili Fluctus 的异常明亮的喷发。由于木卫一是太阳系中唯一一颗火山活跃的卫星--木星的引力推力和拉力使其升温--类似的研究为行星科学家提供了一个与研究地球火山不同的视角。

韦伯将在 8 月份用近红外望远镜再次观测木卫二。即将进行的观测和之前于2022年11月15日进行的观测都是在木卫一处于木星阴影中时进行的，因此木星反射的光不会遮盖木卫一发出的光。

德-帕特还指出，洛基帕泰拉火山的变亮与观测到的火山喷发期一致，平均每 500 个地球日就会变亮一次，持续时间为几个月。她之所以这样判断，是因为她在2022年8月和9月用凯克望远镜观测月球时，月球并不明亮，而另一位天文学家在2022年4月至7月观测月球时，月球也不明亮。只有 JWST 捕捉到了这一事件。

她说："韦伯望远镜的观测结果表明，实际上喷发已经开始，它比我们在 9 月份看到的要亮得多。"

虽然德帕特主要关注的是木卫三系统--它的星环、小卫星以及较大的卫星木卫三和木卫四--但她和由大约80名天文学家组成的早期科学团队的其他成员也在利用JWST研究土星、天王星和海王星的行星系统。

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