哈伯太空望远镜发现木卫三存在水蒸气的证据

天文学家首次在木卫三（Ganymede）的大气中发现存在水蒸气的证据，当月球表面的冰升华，即从固体变成气体时，就会形成这种水蒸气，其研究结果发表在《Nature Astronomy》期刊上。

先前的研究提供了间接证据，证明太阳系中最大的卫星木卫三含有比地球上所有海洋加起来更多的水。 然而，因其温度是如此之低，以至于表面上的水都被冻结成固体。 木卫三的海洋位于地壳下方约160公里处，因此这些水蒸气不是来自于这片海洋的蒸发。 天文学家重新检查了哈伯太空望远镜过去二十多年的观测资料，发现了木卫三的稀薄大气中存在水蒸气的证据。

1998年哈伯太空望远镜成像光谱仪（STIS）首次拍摄了木卫三的第一张紫外线 图像，在两张图像中发现了被称为极光带的彩色带电气体带，进一步证明了木卫三具有弱磁场。 分子氧（O2）的存在解释了这些紫外线观察结果的相似性。 但是一些观察到的特征与预期的纯O2大气的排放不符，科学家们认为这种差异可能与较高浓度的原子氧（O）有关。

瑞典斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的团队着手与哈伯一起测量原子氧含量。 该团队的分析结合了来自两种仪器的数据，分别是2018年哈伯的宇宙起源光谱仪（COS）和1998年至2010年太空望远镜图像摄谱仪（STIS）的档案图像。 令他们惊讶的是这与1998年的数据最初解释相反，他们发现在木卫三的大气中几乎没有任何原子氧。 这意味着对于这些紫外线极光图像的明显差异，一定另有解释。

研究团队仔细研究了紫外线图像中极光的相对分布，发现木卫三的表面温度在一天当中变化很大，在接近赤道的中午，它可能变得足够温暖，以至于冰面释放（或升华）一些少量的水分子。 事实上，紫外线图像中感知到的差异与月球大气中预期水的位置直接相关。

研究人员解释说，到目前为止，只观察到分子氧，而这是带电粒子侵蚀冰面时所产生的。 这个发现为欧洲航天局即将展开的木星冰月探测器（JUICE）任务增添了期待。 JUICE是欧洲太空总署Cosmic Vision 2015-2025计划中的第一个大型任务，旨在研究木星的三颗卫星：木卫三、木卫四和木卫二，预计于2022年发射，于2029年抵达木星，并将持续至少三年对木星及其三个最大的卫星进行详细观测。 木卫三提供了一个天然的实验室，可以分析一般冰冷世界的性质、演化和潜在宜居性，研究人员表示我们的结果可以为JUICE团队提供有价值的信息。

自2016年以来，NASA的朱诺号一直在研究木星及其环境，目前正在观察木卫三。 了解木星系统并解开它的历史，从起源到可能出现的宜居环境，将有助于我们了解气态巨行星及其卫星是如何形成与演化，更希望在类似木星的系外行星系统的宜居性上找到新的见解。 （编译/赵瑞青）

数据来源：phys.org

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