gov-civil-vilareal.ptPrognose für Jupitermond Ganymed: Extrem kalt und… feucht?
>Mit einer Kombination aus alten und neuen Daten des Hubble-Weltraumteleskops Astronomen haben Wasserdampf in der Atmosphäre von Jupiters planetengroßem Mond Ganymed gefunden !
Das sind im wahrsten Sinne des Wortes sehr coole Neuigkeiten: Auf dem größten Teil des Mondes ist es zu kalt für Wasserdampf, aber an einigen Stellen, wo es am wärmsten ist, fanden sie die höchste Menge davon, was eindeutig darauf hindeutet, dass es vom Sonnenlicht kommt, das die Oberfläche erwärmt. Außerdem, bizarrerweise, ein Beitrag von Jupiters lächerlich heftigem Magnetfeld.
Ganymed ist der größte Mond im Sonnensystem , größer als Merkur, und wenn es den Jupiter nicht umkreisen würde, würde es als eigenständiger Planet angesehen. Tatsächlich ist es so groß, dass es differenziert ist, was bedeutet, dass es schwere Dinge wie geschmolzenes Eisen und Nickel in seinem Kern hat, eine Gesteinsschicht und dann zwischen diesem und der Oberfläche a erheblich flüssiges Wasser Ozean mehrere hundert Kilometer tief!
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Ganymed, Jupiters größter Mond, hat eine extrem schwache Atmosphäre mit Wasserdampf darin, die durch das schwache Sonnenlicht verursacht wird, das die Oberfläche erwärmt. Quelle: ESA/Hubble, J. daSilva
Die Oberfläche besteht hauptsächlich aus Fels und Eis und die Kruste ist sehr dick. Es ist unwahrscheinlich, dass Wasser aus dem unterirdischen Ozean an die Oberfläche gelangen kann.
Beobachtungen mit dem Space Telescope Imaging Spectrograph (oder STIS) auf Hubble im Jahr 1998*zeigte gasförmigen atomaren Sauerstoff, der wie ein Polarlicht über Ganymeds Oberfläche glühte. Der Mond hat ein schwaches Magnetfeld (erzeugt von seinem Eisenkern), das mit dem überwältigend starken des Jupiter interagiert. Dies gibt dem atomaren Sauerstoff Energie und bringt es zum Leuchten.
Fernultraviolett-Beobachtungen von Jupiters Mond Ganymed im Jahr 1998 durch den Space Telescope Imaging Spectrograph an Bord von Hubble zeigen, dass er eine dünne Atmosphäre aus atomarem Sauerstoff hat, die aufgrund des schwachen Magnetfelds von Ganymed wie eine Aurora leuchtet. Modelle zeigten auch das Vorhandensein von Wasserdampf an, der 2021 entdeckt wurde. Credit: NASA/ESA/Lorenz Roth
Aber woher kommt der Sauerstoff? Modelle der Oberfläche sagten auch die Anwesenheit von Wassermolekülen voraus, die von subatomaren Partikeln, die durch das Magnetfeld des Jupiter beschleunigt werden, getroffen würden. Das würde sie auseinanderbrechen und Sauerstoff erzeugen. Aber es wurde kein Wasser festgestellt.
Also machten Astronomen neue ultraviolette Beobachtungen von Ganymed mit dem Cosmic Origins Spectrograph an Bord von Hubble . Sie maßen sehr sorgfältig zwei verschiedene Wellenlängen (denken Sie an sie als Farben) von UV-Licht und fanden heraus, dass das Verhältnis der Helligkeit der beiden die Anwesenheit von Wasserdampf erfordert; keine andere Erklärung ist plausibel.
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Dies ist also eine indirekte Entdeckung, aber immer noch eine Entdeckung! Wohlgemerkt, die Atmosphäre ist außergewöhnlich dünn, nur etwa eine Milliarde Moleküle pro Kubikzentimeter. Im Vergleich dazu ist die Luft, die Sie atmen, 10 Milliarden mal dichter. Auf Ganymed zu stehen ist nicht viel anders als in einem Vakuum zu stehen.
Interessanterweise ist der Wasserdampf am häufigsten an der Oberfläche des sogenannten subsolarer Punkt , wo die Sonne gerade nach unten scheint (stellen Sie sich vor, als wäre es Mittag). Dies ist der wärmste Teil der Oberfläche, daher ist klar, dass der Dampf vom Sonnenlicht kommt, das die Oberfläche so weit erwärmt, dass sich Wassermoleküle direkt von Eis in ein Gas verwandeln können, ein Prozess namens Sublimation . Dies macht dies zum allerersten und bisher einzigen Nachweis von Wasserdampf, der durch Sonnenlicht vom Eis eines Mondes im äußeren Sonnensystem sublimiert wird. Ziemlich cool.
Ein Überblick über die Entdeckung von Wasserdampf in der Atmosphäre von Ganymed. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Ein Teil von all dem, was ich besonders raffiniert fand, ist, dass sie auf der hinteren Seite von Ganymed mehr Wasserdampf fanden als auf der vorderen Seite. Wie alle Monde im Sonnensystem dreht sich Ganymed einmal für jede Umlaufbahn um Jupiter und behält die gleiche Seite zu ihm (wie unser Mond mit der Erde). Das ist kein Zufall . Es bedeutet aber auch, dass eine Halbkugel des Mondes immer in die Richtung zeigt, in die sie sich bewegt (wie die Frontscheibe eines Autos), die so genannte führende Hemisphäre , und der andere zeigt immer weg, also ist es der hintere Hemisphäre .
Aber. Ganymed braucht eine Woche, um Jupiter einmal zu umkreisen, während sich Jupiter alle einmal dreht 10 Stunden . Das bedeutet, dass das Magnetfeld des Jupiter viel schneller rotiert als Ganymed-Bahnen, was wiederum bedeutet, dass das Magnetfeld über die nachlaufende Hemisphäre des Mondes streicht. Auch hier werden viele subatomare Partikel im Feld gefangen, sodass sie auf Ganymeds Rückseite in die Oberfläche knallen. Das ändert die Chemie des Eises dort und verdunkelt es leicht, sodass es im Sonnenlicht tatsächlich etwas wärmer ist, etwa -131 ° C (-204° F) gegenüber -125° C (-193° F). Es ist nicht viel, aber es hilft, mehr Wasserdampf auf der hinteren Seite zu erzeugen als auf der vorderen.
Der Wasserdampf existiert nur am subsolaren Punkt, der sich im Verlauf von Ganymeds Bahn ändert; je weiter man von diesem Punkt wegschaut, nimmt die Menge steil ab. Aber wenn der subsolare Punkt auf der hinteren Hemisphäre liegt, gibt es viel mehr Wasserdampf, um den Faktor sechsmal , weil es etwas wärmer ist. Das ist erstaunlich.
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Die spektakuläre Oberfläche von Jupiters riesigem Mond Ganymed, gesehen von der Raumsonde Juno am 7. Juni 2021. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Wir wissen von der Existenz von Monden um den Jupiter mindestens seit der Zeit von Galileo vor über 400 Jahren. Aber wir lernen immer noch etwas über sie, durch Computermodelle der Chemie und Physik, die durch Beobachtungen auf der Erde und von Raumfahrzeugen im Orbit . Im Juni 2022 die Europäische Weltraumorganisation plant den Start des Jupiter Icy moons Explorer , oder JUICE (liebe das), die – nach ihrer Ankunft im Jahr 2030 – drei der Jupitermonde einschließlich Ganymed umkreisen wird. Was werden wir dann finden? Vor allem in Europa, wo der Ozean unter der Oberfläche sehr gut an die Oberfläche austreten kann ?
Bleiben Sie dran. Das wird etwas Wunderbares.
* Vollständige Offenlegung: Von 1995-2000 war ich in dem Team, das STIS gebaut und kalibriert hat. Das ist ein Grund, warum ich es liebe, über alle Beobachtungen zu schreiben, die es verwenden!
