Астрономи з обсерваторії WM Keck на Маунакеа на Гаваях виявили, що полярні сяйва у видимій частині хвилі з’являються на всіх 4 основних супутниках Юпітера : Іо, Європі, Ганімеді та Каллісто. Команда під керівництвом Каліфорнійського технологічного інституту та Бостонського університету спостерігала за супутниками в тіні Юпітера, щоб їхні слабкі полярні сяйва, викликані сильним магнітним полем газового гіганта, можна було помітити без конкуренції з яскравим сонячним світлом, відбитим від їхніх поверхонь. Для проведення спостережень вони використовували ешелле-спектрометр високої роздільної здатності обсерваторії Кека (HIRES), ешелле-спектрограф з поперечно-дисперсною решіткою, а також спектрографи високої роздільної здатності на Великому бінокулярному телескопі та обсерваторії Apache Point.
«Ці спостереження складні, оскільки в тіні Юпітера супутники майже невидимі. Світло, випромінюване їхніми слабкими полярними сяйвами, є єдиним підтвердженням того, що ми навіть направили телескоп у потрібне місце», — каже Кетрін де Клер, професор Каліфорнійського технологічного інституту та провідний автор однієї з двох нових наукових статей, опублікованих 16 лютого 2023 року в Planetary Science Journal описує відкриття.
Усі чотири супутники Галілея демонструють таке саме кисневе полярне сяйво, яке ми бачимо в небі біля полюсів Землі, але гази на супутниках Юпітера набагато тонші, що дозволяє насиченому червоному кольору світитися майже в 15 разів яскравіше, ніж звичне зелене світло.
У Європі та Ганімеді кисень також висвітлює інфрачервоні хвилі, трохи червоніші, ніж може побачити людське око – це перше явище, помічене в атмосфері тіла, відмінного від Землі.
На Іо, самому внутрішньому супутнику Юпітера, вулканічні стовпи газу та пилу мають величезні розміри й сягають сотень кілометрів у висоту. Ці шлейфи містять такі солі, як хлорид натрію та хлорид калію, які розкладаються, утворюючи додаткові кольори. Натрій надає полярному сяйву Іо таке ж жовто-помаранчеве світіння, яке ми бачимо в міських вуличних ліхтарях. Нові вимірювання також показують полярне сяйво калію на Іо в інфрачервоному світлі, яке раніше ніде не було виявлено.
«Яскравість різних кольорів полярного сяйва говорить нам, з чого ймовірно складається атмосфера цих супутників», — сказав де Клер. «Ми виявили, що молекулярний кисень, як і те, чим ми дихаємо тут, на Землі, є, ймовірно, основним компонентом крижаної місячної атмосфери».
Нові вимірювання демонструють мінімальні докази наявності води, що розпалює активну наукову дискусію щодо того, чи містить атмосфера супутників Юпітера значну кількість водяної пари. Зараз вважається, що 3 зовнішні супутники Юпітера Галілея містять океани рідкої води під своєю товстою крижаною поверхнею, і є попередні докази того, що вода в атмосфері Європи іноді може надходити з її океану або резервуарів рідини в крижаному панцирі.
Оскільки сильне магнітне поле Юпітера нахилене, яскравість полярних сяйв на цих супутниках змінюється в міру обертання планети. Крім того, атмосфера може реагувати на швидкий перехід від теплого сонячного світла до холодної тіні Юпітера.
«Натрій Іо стає дуже слабким протягом 15 хвилин після входження в тінь Юпітера, але для відновлення потрібно кілька годин після того, як він виходить на сонячне світло», — пояснює Карл Шмідт, професор астрономії Бостонського університету та провідний автор другої статті. «Ці нові характеристики дійсно корисні для розуміння хімії атмосфери Іо. Чудово, що затемнення Юпітера пропонують природний експеримент, щоб дізнатися, як сонячне світло впливає на його атмосферу».
Нові типи полярного сяйва на чотирьох супутниках додають захоплюючий аспект того, що вже є золотим віком для шанувальників Юпітера завдяки місії NASA Juno та космічному телескопу Джеймса Вебба. Якщо вам пощастить побачити полярне сяйво тут, на Землі, зупиніться, щоб подумати, яким дивовижним могло б виглядати це шоу, якби ви дивилися вгору з одного із супутників Юпітера.