Астрономы, использующие обсерваторию У. М. Кека на Мауна-Кеа, обнаружили, что полярные сияния на видимых длинах волн появляются на всех 4 главных лунах Юпитера: Ио, Европе, Ганимеде и Каллисто.
Используя спектрометр HIRES, а также спектрографы высокого разрешения на «Большом бинокулярном телескопе» и обсерватории Апачи-Пойнт, команда под руководством Калифорнийского технологического института и Бостонского университета наблюдала за лунами в тени Юпитера. Их слабые полярные сияния, вызванные сильным магнитным полем газового гиганта, были хорошо заметны.
«Эти наблюдения сложны, потому что в тени Юпитера луны почти невидимы. Свет, излучаемый их слабыми полярными сияниями, является единственным подтверждением того, что мы направили телескоп в нужное место», - говорит Кэтрин де Клир, профессор Калифорнийского технологического института и ведущий автор одной из двух новых исследовательских работ, опубликованных в журнале Planetary Science.
Все четыре галилеевых спутника демонстрируют полярное сияние. Газы на лунах Юпитера намного разреженнее, чем на Земле, что позволяет темно-красному цвету сиять почти в 15 раз ярче, чем это делает привычный нам зеленый свет.
На Европе и Ганимеде кислород излучает инфракрасные волны. На Ио, самом внутреннем спутнике Юпитера, находятся вулканические столбы газа и пыли, достигающие сотен километров в высоту. Они содержат соли, такие как хлорид натрия и хлорид калия. Натрий придает полярному сиянию Ио желто-оранжевое свечение. Новые измерения также показывают калиевое сияние на Ио в инфракрасном свете, которое ранее нигде больше не было обнаружено.
«Яркость различных цветов полярного сияния говорит нам о том, из чего, вероятно, состоят атмосферы этих лун», – сказала де Клир. – «Мы обнаружили, что молекулярный кислород, точно такой же, как тот, которым мы дышим здесь, на Земле, вероятно, является основным компонентом ледяной атмосферы луны».
Новые измерения показывают минимальные признаки наличия воды, разжигая активные научные дебаты о том, содержат ли атмосферы спутников Юпитера значительное количество водяного пара. В настоящее время считается, что внешние 3 галилеевых спутника Юпитера содержат океаны жидкой воды под их толстыми ледяными поверхностями.
Поскольку сильное магнитное поле Юпитера наклонено, полярные сияния на этих лунах изменяют яркость по мере вращения планеты. Кроме того, атмосфера может реагировать на быстрый переход от теплого солнечного света к холодной тени Юпитера.
«Натрий Ио становится очень слабым в течение 15 минут после входа в тень Юпитера, но ему требуется несколько часов, чтобы восстановиться после выхода на солнечный свет», – объясняет Карл Шмидт, профессор астрономии Бостонского университета и ведущий автор второй статьи. – «Эти новые характеристики действительно важны для понимания химического состава атмосферы Ио. Замечательно, что затмения Юпитера представляют собой естественный эксперимент, позволяющий узнать, как солнечный свет влияет на его атмосферу».