Webb Space Telescope onthult geheimen van de manen van Jupiter
Wetenschappers hebben met behulp van de Webb Space Telescope ongrijpbare chemische verbindingen gevonden, elk op een andere Jupitermaan, waaronder een die een veel gebruikt ontsmettingsmiddel is.
Er zijn twee nieuwe onderzoeken gepubliceerd die verband houden met het Early Release Science-programma van de James Webb Space Telescope en beide hebben te maken met Ganymedes en Io, manen van Jupiter.
Het eerste onderzoek, geleid door astronoom Samantha Trumbo van de Cornell University en gepubliceerd in Science Advances, presenteert een fascinerende primeur: de ongekende detectie van waterstofperoxide (H2O2) op Ganymedes. Het twee onderzoek, gepubliceerd in JGR: Planets, onthult nog een mooie bevinding: zwavelhoudende dampen, met name zwavelmonoxide, op Io.
Beide ontdekkingen zijn met elkaar verbonden door een vrij sterke kracht: de immense invloed van Jupiter op zijn natuurlijke satellieten. En beide onderzoeken werden mogelijk gemaakt door de nieuwste superster van de astronomie: de James Webb Space Telescope.
Dit laat zien dat er ongelooflijke wetenschap kan worden bedreven met de JWST op objecten in ons zonnestelsel, zelfs als het object echt heel helder is, zoals Jupiter, maar ook als je kijkt naar heel zwakke dingen naast de planeet, aldus astronoom Imke de Pater van de Universiteit van Berkeley in Californië.
Ontsmettingsmiddel bij de polen
Voor het onderzoek van Ganymedes gebruikte het team het NIRSpec-instrument van de Webb om te zien hoe licht werd geabsorbeerd door waterstofperoxide (H2O2) nabij de poolgebieden van de maan. De aanwezigheid van deze chemische stof, die we op Aarde o.a. gebruiken als ontsmettingsmiddel en bleekmiddel, is het resultaat van de interactie tussen geladen deeltjes rond Jupiter en Ganymedes en het ijs dat de maan bedekt.
Met de aanwezigheid van waterstofperoxide aan de polen van Ganymedes toont de Webb voor het eerst aan dat geladen deeltjes die langs het magnetische veld van Ganymedes worden gesluisd, bij voorkeur de oppervlaktechemie van de poolkappen veranderen. Ganymedes is overigens de enige maan in het zonnestelsel waarvan bekend is dat deze een eigen magnetisch veld heeft.
Het team vermoedt dat radiolyse – het proces waarbij straling moleculen afbreekt – de oorzaak is van de productie van waterstofperoxide op Ganymedes. Zoals het magnetische veld van de Aarde geladen deeltjes van de Zon naar de hogere breedtegraden leidt waardoor er poollicht ontstaat, doet het magnetische veld van Ganymedes hetzelfde met geladen deeltjes van de magnetosfeer van Jupiter. Deze deeltjes resulteren niet allee in poollicht bij Ganymedes maar ze beïnvloeden ook het ijzige oppervlak.
Waterstofperoxide is ook gedetecteerd op Europa, een andere maan van Jupiter en wordt waargenomen over een groot deel van het maanoppervlak. Dit komt deels omdat Europa geen magnetisch veld heeft dat het oppervlak normaal gesproken zou beschermen tegen inkomende, snel bewegende deeltjes.
Reactief gas rond Io
Het twee onderzoek beschrijft de waarneming van Webb van Io, die de aanwezigheid van meerdere aanhoudende uitbarstingen op de vulkanische maan onthulden. Dit omvatte een opheldering bij Loki Patera – een vulkanisch complex – en een zeer heldere uitbarsting bij de vulkaan Kanehekili Fluctus. Vulkanische activiteit op Io is het resultaat van enorm sterke zwaartekrachten uitgeoefend door Jupiter, die getijdenopwarming in de maan veroorzaken. Van belang is dat het team, waaronder de Pater, een vulkaanuitbarsting in verband bracht met het gas zwavelmonoxide (SO), met name de uitbarsting bij Kanehekili Fluctus.
Dit is de eerste keer dat deze emissie boven een actieve vulkaan is waargenomen, en suggereert dat dergelijke emissies worden geproduceerd door SO-moleculen onmiddellijk na het verlaten van de ventilatieopening, aldus de onderzoekers. De waarneming werd gedaan op 15 november 2022, toen Io zich in de schaduw van Jupiter bevond waardoor werd voorkomen dat het gereflecteerde licht van Jupiter Io’s eigen licht zou overschaduwen.
De atmosfeer van Io bestaat voornamelijk uit zwaveldioxide (SO2), een product van smeltend zwaveldioxide-ijs en vulkaanuitbarstingen. Deze vulkanen produceren ook zwavelmonoxide, dat moeilijk te detecteren is. In de schaduw van Jupiter bevriest het zwaveldioxide in de atmosfeer van Io echter op het oppervlak, waarbij zwavelmonoxide en nieuw uitgestoten vulkanisch zwaveldioxidegas achterblijven. Het is gunstig dat het gloeiende zwavelmonoxide zichtbaar wordt wanneer het in de schaduw van Jupiter wordt uitgestoten.
De Pater observeerde Io eerder met behulp van de Keck-telescoop en ontdekte lage niveaus van SO-emissies over de maan, maar kon ze niet in verband brengen met een actieve vulkaan. Ze vermoedt dat deze emissies, samen met de SO2 die tijdens een verduistering wordt waargenomen, afkomstig zijn van verborgen vulkanen die gas vrijgeven maar geen stof. Twee decennia geleden suggereerde het team van De Pater dat de zeldzame toestand van SO-emissies alleen kan voorkomen in hete ventilatieopeningen en lang genoeg kan duren in een ijle atmosfeer om een specifieke golflengte uit te stralen, vergelijkbaar met hoe de aurora’s van de Aarde worden geproduceerd.
Het verband tussen SO en vulkanen sluit aan bij een hypothese die men in 2002 had om uit te leggen hoe men die SO-emissie überhaupt kon zien. De enige manier waarop deze emissie kan worden verklaard is als de SO wordt geëxciteerd in de vulkanische opening bij een temperatuur van 1500 Kelvin (± 1230 °C) of zo en dat het in deze aangeslagen toestand naar buiten komt, binnen een paar seconden zijn foton verliest en dat is de emissie die men dan ziet. Deze waarnemingen zijn dus de eerste die daadwerkelijk laten zien dat dit het meest waarschijnlijke mechanisme is waarom men die SO kan zien.
De Pater merkt verder op dat de opheldering van Loki Patera overeenkwam met de uitbarstingscyclus waarin de vulkaan gedurende ongeveer elke 500 aardse dagen een paar maanden helderder wordt.
Eerste publicatie: 28 juli 2023
Bron: NASA/ESA
