Hubble detecteert waterdamp in de atmosfeer van Ganymedes

Waterdamp gedetecteerd op Ganymedes
Het eerste bewijs voor waterdamp in de atmosfeer van Ganymedes is het resultaat van het thermisch vrijkomen van waterdamp aan het ijzige oppervlak van Ganymedes. Credit: NASA / ESA / Hubble / J. daSilva.

 

Ganymedes is een maan van Jupiter en de grootste in het zonnestelsel. Aan het oppervlak bevindt zich, bij temperaturen van wel -185 °C, bevroren water. Een regen van deeltjes van de Zon is voldoende om dit ijs, rond de middag op de maan, in waterdamp te veranderen. Met behulp van extra gevoelige spectra en spectrale opnames gemaakt door de Hubble Space Telescope hebben planeetwetenschappers waterdamp gedetecteerd in de ijle atmosfeer van de ijsmaan.

In 1998 maakte de Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) van de Hubble de eerste ultraviolette opnames van Ganymedes. Deze opnames vertoonden een speciaal patroon in de waargenomen emissies van de atmosfeer van de ijskoude maan.

Ganymedes vertoont banden van poollicht die enigszins overeenkomen met de poollichtovalen die  op Aarde en andere planeten die een magneetveld hebben, voorkomen.

Die beelden waren daarom een illustratief bewijs dat de maan een permanent magneetveld heeft. De overeenkomsten tussen de twee UV-waarnemingen werden verklaard door de aanwezigheid van moleculair zuurstof.

De verschillen werden destijds verklaard door de aanwezigheid van atomair zuurstof. Dit produceert een signaal dat de ene UV-kleur meer beïnvloedt dan de andere. Volgens de onderzoekers wordt de atmosfeer van Ganymedes geproduceerd door geladen deeltjes die sputteren en sublimeren van het ijzige oppervlak. Eerdere waarnemingen in het verre infrarood werden gebruikt om gesputterde moleculaire zuurstof af te leiden als een atmosferisch bestanddeel maar een verwachte gesublimeerde watercomponent bleef onopgemerkt.

In het nieuwe onderzoek voerden de onderzoekers een gecombineerde analyse uit van nieuwe spectra die in 2018 werden genomen met de Cosmic Origins Spectrograph (COS) van de Hubble en archiefbeelden van jet STIS instrument uit 1998 en 2010.

Tot hun verbazing, en in tegenstelling tot de oorspronkelijke interpretatie van de gegevens uit 1998, ontdekten ze dat er nauwelijks atomair zuurstof in de atmosfeer van Ganymedes was. Dit betekent dat er een andere verklaring moet zijn voor de schijnbare verschillen tussen de UV poollichtbeelden. De verklaring werd vervolgens door de onderzoekers gevonden in de relatieve verdeling van het poollicht in de twee afbeeldingen.

De oppervlaktetemperatuur van Ganymedes varieert sterk gedurende de dag en rond het middaguur kan het bij de evenaar zo warm worden dat er kleine hoeveelheden watermoleculen vrijkomen van het ijzige oppervlak.

In feite zijn de waargenomen verschillen tussen de UV-beelden rechtstreeks gecorreleerd met waar water zou worden verwacht in de atmosfeer van de maan.

Aanvankelijk was alleen moleculair zuurstof waargenomen. Dit wordt geproduceerd wanneer geladen deeltjes het ijsoppervlak eroderen. De waterdamp die de onderzoekers nu hebben gemeten is afkomstig van de sublimatie van ijs veroorzaakt door de thermische ontsnapping van waterdamp uit warme ijzige gebieden.

De resultaten van het onderzoek werden  onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.

Artikel: L. Roth et al. A sublimated water atmosphere on Ganymede detected from Hubble Space Telescope observations. Nat Astron, published online July 26, 2021;

 

Eerste publicatie: 27 juli 2021
Bron: Hubble Space Telescope