「朱諾號」的新圖像揭示了木衛三(加尼米德)的北極

2020-12-03 天文在線

這是迄今為止由太空飛行器拍攝的木衛三(加尼米德)北極的第一張圖片,木衛三(加尼米德)——木星最大的衛星。美國宇航局的正在繞木星飛行的「朱諾號」探測器獲取了這些信息。

2019年12月26日,「朱諾號」拍攝的紅外照片顯示了木衛三(加尼米德)的北極。

圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM.

木衛三(加尼米德)是木星最大的衛星,也是太陽系第九大天體,這顆衛星比水星還要大。

上次我們得到它的特寫照片是在20世紀90年代後期「伽利略號」的木星探測任務中。

這些圖像提供了木衛三(加尼米德)表面的大部分細節,但是「伽利略號」從未捕捉到過木星的北極。

現在,多虧了美國宇航局的現在正在繞木星飛行的「朱諾號」探測器,我們有幸獲得了這顆巨大的木星衛星北極的第一張圖片。

與伽利略號不同的是,朱諾號並不是專門設計來研究木星的衛星。朱諾號拍攝的圖像沒有20世紀90年代的伽利略號那麼高解析度,部分原因是它們是從更遠的地方拍攝的。「朱諾號」上的圖像顯示的是紅外圖像——顯示的是木衛三在其極點附近的不同位置放射出的熱量——而不是可見光圖像,顯示我們的眼睛會看到什麼。

儘管如此,這些照片還是讓我們得以一窺直到現在還未被觀測到的木衛三的這一部分。朱諾號太空飛行器上的JIRAM儀器——即木星極光紅外成像儀——獲得了這些圖像,作為太空飛行器繪製的衛星北部地區地圖的一部分。在2019年12月26日飛越木星期間,JIRAM使用高反差成像和光譜技術研究了木星的極地區域。那時,木衛三正好在朱諾的視野之內。在這段時間內,飛船被設定將儀器轉向木衛三。

在距離木衛三最近的地方——大約62,000英裡(100,000公裡)——JIRAM收集了300張衛星表面的紅外圖像,空間解析度為每像素14英裡(23公裡)。

那麼。。。新的圖像顯示了什麼?

2019年12月26日,朱諾號飛船拍攝到的木衛三北極的各種紅外圖像。圖片來自NASA/ jpli - caltech / SwRI/ ASI/ INAF/ JIRAM。

我們已經知道,像太陽系外的許多衛星一樣,木衛三主要由水結成的冰組成。它被認為在外殼冰層下有水形成的海洋。

從這些朱諾號拍攝的新圖像中有一個重要的發現,那就是木衛三北極的冰並不是不受影響的。它受到了木星巨大磁層等離子體的影響,木星磁層的強度大約是地球磁層的2萬倍。木衛三的大氣極其稀薄,所以木星的等離子體可以暢通無阻地到達木衛三表面,極大地影響了木衛三表面的冰。羅馬國家天體物理研究所的「朱諾號」合作研究員亞歷山德羅·穆拉評論道:

JIRAM的數據顯示,Ganymede北極及其周圍的冰已經被等離子體的沉澱所改變。這是我們通過「朱諾號」第一次了解到的現象,因為我們能夠看到整個北極的樣子。

研究人員還發現,靠近木衛三北極和南極的冰與赤道的冰有著不同的紅外特徵。這種極地冰是非結晶的,也就是說,沒有明確的形狀。這種非晶形態是由於木衛三是太陽系中唯一擁有自己磁場的衛星。帶電粒子沿著衛星磁場線到達兩極,在那裡它們撞擊並破壞冰層,使其無法形成有序的(或結晶的)結構。

科學家們發現,在這些區域即使是是凍結的水分子的排列也不是有序的。

來自「朱諾號」的新數據顯示了它對木星衛星研究的貢獻,儘管它的主要任務是研究木星本身。據義大利航天局JIRAM儀器項目經理Giuseppe Sindoni說:

這些數據是「朱諾號」在觀察木星衛星時所具備的偉大科學能力的又一例證。

20世紀90年代後期伽利略號宇宙飛船拍攝的木衛三增強型的彩色圖像。圖片來自NASA/ Phys.org。

另一張是20世紀90年代後期伽利略拍攝的木衛三的自然彩色照片。圖片來自NASA。

木衛三上極光的假想概念。這是有可能的,因為格尼梅德星是已知的唯一有磁場的衛星。圖片來自美國宇航局/歐洲航天局

Ganymede內部的橫截面顯示了水形成的地下海洋。圖片來自NASA/ ESA/ A. Feild (STScI)/ Space。

JIRAM的主要任務是觀察來自木星大氣層深處的紅外光。它可以探測到木星雲層頂部以下30到45英裡(50到70公裡)。但是,和木衛三一樣,該儀器也可以用來研究木衛一、木衛二和木衛四。這四個衛星被稱為伽利略衛星,以1610年發現它們的天文學家伽利略的名字命名。它們是木星最大的四個衛星。

由於它的磁場,木衛三也有極光,就像地球一樣,儘管它的大氣層極其稀薄,幾乎不存在。據估計,木衛三的海洋有60英裡(100千米)厚,是地球海洋深度的10倍,被埋在一個95英裡(150千米)厚的大部分由冰組成的殼之下。

它的直徑為3273英裡(5268公裡),體積比水星大26%,但質量只有水星的45%。木衛三地核為鐵質,巖石地幔被冰地幔包圍,地幔周圍是水形成的海洋,頂部是冰殼。

朱諾號只能從很遠的地方看到木衛三,但是歐洲航天局(ESA)計劃於2022年發射的木星冰衛星探測器(JUICE)將在2029年到達木星後對木衛三、木衛四和木衛二進行詳細的研究。這將是伽利略之後的第一次這樣的任務。

目前,「朱諾號」至少為科學家們提供了一窺木衛三北極的機會。在不久的將來,像JUICE這樣的任務將會揭示更多關於這個吸引人的世界的信息。

作者:Paul Scott Anderson

FY:Astronomical volunteer team

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