Обнаружены новые полярные сияния, освещающие атмосферу четырех крупнейших спутников Юпитера

Если мы когда-нибудь создадим колонии на четырех больших спутниках Юпитера, те, кто там живет, будут с удовольствием смотреть вверх. Помимо вида Юпитера, висящего в небе с обращенной к планете стороны каждой луны, и видов на каждую другую луну, большую и маленькую, можно будет наблюдать красивые полярные сияния. Удивительно, но это то, что мы обнаружили, используя один из самых больших телескопов на Земле, а не какой-либо из космических аппаратов, посетивших систему.

Мощные полярные сияния Юпитера хорошо известны, несмотря на ослабление солнечного ветра в его местоположении, они даже оказывают любопытное влияние на температурный баланс планеты-гиганта.  Ультрафиолетовые компоненты полярных сияний лун изучались ранее, несмотря на их тонкую атмосферу и отсутствие собственных магнитных полей. Теперь исследования расширились до видимого спектра и расширили наши знания об атмосферах этих миров.

Статьи-близнецы в The Planetary Science Journal основаны на результатах, полученных с помощью Эшелле-спектрометра высокого разрешения (HIRES) в обсерватории Кека и спектрографов на других крупных телескопах. Оптические полярные сияния были изучены на трех спутниках впервые.

Нет никакой надежды увидеть полярные сияния при дневном свете лун, но Земля находится слишком близко к Солнцу, чтобы наблюдать за их дальними сторонами. Вместо этого команда наблюдала за лунами, когда Юпитер блокировал солнечный свет. «Эти наблюдения сложны, потому что в тени Юпитера луны почти невидимы. Свет, излучаемый их слабыми полярными сияниями, является единственным подтверждением того, что мы вообще направили телескоп в нужное место», — заявила доктор Кэтрин де Клеер из Калифорнийского технологического института.

Земные полярные сияния вызваны тем, что магнитное поле планеты направляет заряженные частицы к полюсам, где столкновения с газами в атмосфере создают цвета, которые мы видим. Эти цвета зависят от конкретных газов, с которыми взаимодействуют частицы.

Ио — это место, где все становится наиболее интересным, поскольку это не только луна, ближайшая к сердцу магнитного поля, но и атмосфера, постоянно обновляемая вулканическими шлейфами высотой в сотни километров. В результате получается желто-оранжевое свечение, похожее на натриевые уличные фонари, смешанное с красным и зеленым от кислорода. 

Полярные сияния различаются в зависимости от отношения каждой луны в то время к наклонному магнитному полю Юпитера и его тени. «Натрий Ио становится очень слабым в течение 15 минут после входа в тень Юпитера, но требуется несколько часов, чтобы восстановиться после выхода на солнечный свет», — сказал профессор Бостонского университета Карл Шмидт. Кислородный компонент гораздо более стабилен, и учитывая короткую орбиту Ио, это доминирует большую часть времени.

Тонких атмосфер Европы и Ганимеда по-прежнему достаточно для образования полярных сияний, но они темно-красные, а не преобладающие на Земле зеленые.

У всех этих трех есть полярные сияния в ближнем инфракрасном диапазоне, невидимые для наших глаз, но обнаруживаемые телескопами, вызванные калием на Ио и кислородом на следующих двух.

«Яркость различных цветов полярного сияния говорит нам, из чего, вероятно, состоит атмосфера этих спутников», — сказал де Клир. «Мы обнаружили, что молекулярный кислород, как и то, чем мы дышим здесь, на Земле, вероятно, является основным компонентом ледяной лунной атмосферы».

Результаты, по крайней мере, столь же значимы для цветов, которые не были обнаружены. Исследования показывают, что едва ли пятая часть атмосферы Европы состоит из водяного пара, несмотря на то, что в прошлом были обнаружены гейзеры, которые, как считается, исходят из ее внутреннего океана. Команда смогла установить только верхний предел количества воды в атмосфере Ганимеда, несмотря на то, что она также подозревалась в наличии подповерхностного океана, в то время как полярное сияние Каллисто настолько слабое, что его состав было трудно определить. Эти результаты противоречат УФ-исследованиям, которые обнаружили гораздо больше воды. В документах предполагается, что движение в тень может также изменить состав атмосфер Европы и Ганимеда.