Прибор SPHERE помогает определить состав поверхности Европы и Ганимеда
Астрономы, использующие спектро-поляриметрический высококонтрастный прибор для исследования экзопланет (SPHERE) на Очень Большом Телескопе ESO, получили изображения ледяных спутников Юпитера Европы и Ганимеда в инфракрасном свете.
Галилеевы спутники — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — четыре крупнейших спутника Юпитера.
Все вместе они образуют миниатюрную солнечную систему вокруг Юпитера с окружающей средой, варьирующейся от вулканического и каменистого Ио до ледяной Европы, Ганимеда и Каллисто.
Европа, вторая галилеева луна от Юпитера, является самой маленькой из четырех. У нее ядро из силикатной породы с внешней корой из жидкой воды и водяного льда, толщина которой может составлять всего 20 км.
Европа заблокирована приливом, а это означает, что она всегда обращена к Юпитеру одной и той же стороной, а приливного нагрева достаточно, чтобы поддерживать жидкий подповерхностный океан между поверхностью и силикатным внутренним пространством.
Присутствие океана подтверждается измерениями индуцированного магнитного поля миссией НАСА «Галилео». Подповерхностный океан и его непосредственный контакт с силикатными недрами Европы делают ее одним из наиболее вероятных кандидатов в Солнечной системе, способных поддерживать условия для жизни.
Европа геологически активна, и в наблюдениях Хаббла предварительно обнаружены кратковременные криовулканические шлейфы водяного пара. У нее очень гладкая поверхность с несколькими ударными кратерами, что означает, что поверхность геологически очень молодая, со средним возрастом 50 миллионов лет.
Поверхность Европы в основном состоит из водяного льда и покрыта серией пересекающихся линейных образований или линий, длина самых крупных из которых превышает 1000 км. Считается, что эти линии вызваны приливными нагрузками на поверхность Европы, которые открывают трещины, обнажая более теплые слои льда под ними.
Ганимед, самый большой из галилеевых спутников Юпитера, является самым большим спутником в Солнечной системе с радиусом 2631 км.
Он имеет сильно дифференцированную внутреннюю часть и собственное магнитное поле, вероятно, вызванное конвекцией в его железном ядре.
Считается, что на Ганимеде есть подземный океан, вероятно, зажатый между несколькими слоями льда.
Кора в основном состоит из водяного льда со значительным загрязнением неледяными материалами на поверхности.
Большая часть текущего понимания состава поверхности Ганимеда исходит из миссии Галилео, которая вращалась вокруг Юпитера с 1995 по 2003 год с неоднократными пролетами спутников Галилея.
Наблюдения с помощью картографического спектрометра ближнего инфракрасного диапазона и панхроматических камер выявили поверхность, состоящую из контрастирующих темных и светлых участков, покрывающих примерно 1/3 и 2/3 поверхности соответственно.
Темная местность покрыта кратерами, что позволяет предположить, что ей более 4 миллиардов лет, и кажется, что она покрыта тонким слоем темного материала.
Светлая местность намного моложе, с меньшим количеством кратеров и более чистым обнаженным льдом, что позволяет предположить, что светлые области были вызваны тектоническими событиями, возможно, из-за рифтоподобных образований или криовулканического возрождения.
«В то время как Европа очень похожа по размеру на нашу собственную Луну, Ганимед — самый большой спутник во всей Солнечной системе — он даже больше, чем планета Меркурий», — сказал исследователь из Лестерского университета Оливер Кинг и его коллеги.
«Их орбиты вокруг Юпитера слегка эллиптические, поэтому они приближаются и удаляются от планеты по мере того, как вращаются вокруг нее. Это приводит к тому, что луны растягиваются и сжимаются гравитационным притяжением Юпитера через определенные промежутки времени».
«Это создает тепло трения, нагревая внутренности лун, что делает их геологически активными. На Европе, в частности, вероятно, будут активные шлейфы и гейзеры, извергающиеся из океанов жидкой воды под толстым ледяным покровом, составляющим поверхность».
Чтобы оценить содержание химических веществ на поверхности Европы и Ганимеда, ученые проанализировали новые изображения и спектры, полученные с помощью прибора SPHERE на Очень Большом Телескопе ESO.
Они обнаружили доказательства высокого содержания кислоты и более крупных зерен льда на обратном полушарии Европы, а также множество потенциальных гидратированных солей.
«Будущие исследования помогут еще больше ограничить состав поверхности Европы за счет расширения пространственного и спектрального охвата и разрешения наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне», — говорят ученые.
«Наблюдения с более высоким спектральным разрешением (например, Webb и ELT/HARMONI) и измерения лабораторных эталонных спектров помогут ограничить содержание солей путем выявления узких характерных особенностей в спектрах, в то время как наблюдения с космических аппаратов с высоким пространственным разрешением обеспечат точную геолокацию особенностей состава».
Исследователи также обнаружили, что светлые области Ганимеда состоят в основном из воды в виде льда с оттенками различных солей, и что они образовались позднее, чем более старые более темные пятна, состав которых до сих пор остается загадкой.
«Наши результаты показывают, что поверхность Ганимеда состоит из двух основных типов рельефа: молодые области имеют большое количество водяного льда, тогда как древние области в основном состоят из темно-серого материала, который мы не смогли идентифицировать», — сказали исследователи.
«Мы обнаружили серную кислоту возле полюсов Ганимеда, которая, вероятно, образовалась из газов, окружающих Юпитер».
«Был также обнаружен ряд различных солей, некоторые из которых могут происходить из самого Ганимеда. Эти карты состава поверхности будут полезны для понимания процессов, происходящих на поверхности Ганимеда и под ней».
«Они также помогут спланировать космические миссии, которые должны исследовать Ганимед в ближайшие десятилетия».
Результаты опубликованы в двух статьях в журналах Planetary Science Journal и Journal of Geophysical Research: Planets.