تلسکوپ هابل نخستین شواهد وجود بخار آب را در قمر مشتری پیدا کرد
برای نخستین بار، ستاره‌شناسان شواهد وجود بخار آب را در جو یکی از قمرهای سیاره مشتری به نام گانیمد کشف کردند. این بخار آب از تصعید یخ موجود در سطح قمر به وجود آمده است. دانشمندان یافته‌هایشان را که در نشریه «نیچر ستاره‌شناسی» منتشر شده است، با استفاده از داده‌های جدید و بایگانی‌شده تلسکوپ هابل به دست آوردند.
مطالعات پیشین شواهدی مبنی بر وجود مقدار زیادی آب (بیش از آب‌های موجود در اقیانوس‌های کره زمین) در گانیمد نشان می‌دادند. اما گانیمد به قدری سرد است که تمام آب‌های موجود در آن یخ‌زده هستند و اقیانوس‌های این قمر در زیر پوسته ۱۶۰ کیلومتری قرار دارند؛ در نتیجه بخار آب کشف‌شده ناشی از تبخیر این اقیانوس‌ها نیست.
ستاره‌شناسان برای به دست آوردن شواهد جدید، مشاهدات دو دهه اخیر تلسکوپ هابل را مورد بررسی قرار دادند. در سال ۱۹۹۸ تلسکوپ فضایی هابل اولین تصویر ماوراء بنفش گانیمد را ثبت کرد که شامل رگه‌هایی رنگی از گازهای یونیزه به نام «نوارهای شفقی» بود. شواهد به‌دست‌آمده از این تصویر نشان‌دهنده وجود میدان مغناطیسی ضعیف در این قمر است.
شباهت‌ها در این مشاهدات فرابنفش با وجود اکسیژن مولکولی (O2) توضیح داده شد؛ اما برخی از ویژگی‌های رصدشده با انتشارات مورد انتظار از جوِ دارای اکسیژن مولکولی خالص مطابقت نداشت. در همان زمان، دانشمندان نتیجه گرفتند که این تناقض احتمالا به غلظت‌های بالاتر اکسیژن اتمی (O) ارتباط دارد.
به‌عنوان بخشی از یک برنامه‌ی رصد بزرگ با هدف پشتیبانی از مأموریت جونو ناسا در سال ۲۰۱۸، لورنز راث از مؤسسه سلطنتی فناوری KTH در استکهلم سوئد، تیمی را برای اندازه‌گیری مقدار اکسیژن اتمی با هابل هدایت کرد. تجزیه‌وتحلیل‌های تیم متشکل از داده‌های دو ابزار بود؛ طیف‌نگار منشأ کیهانی هابل در سال ۲۰۱۸ و تصاویر آرشیوشده از تلسکوپ فضایی و طیف‌نگار تصویربرداری (STIS) از ۱۹۹۸ تا ۲۰۱۰.
بررسی‌های انجام‌شده نشان داد که برخلاف تصور دانشمندان، وجود اکسیژن در جو گانیمد نامحتمل به نظر می‌رسد و بنابراین، باید دلیل دیگری برای شباهت‌های موجود در تصاویر شفقی فرابنفش وجود داشته باشد.
راث و تیمش سپس توزیع نسبی شفق را در تصاویر فرابنفش بررسی کردند. دمای سطح گانیمد در طول روز به‌شدت متغیر است و در حوالی ظهر در نزدیکی استوای آن به قدری گرم می‌شود که ممکن است یخ‌های موجود در سطح آن در اثر تصعید به مولکول آب تبدیل شوند. در واقع تفاوت‌های فرضی در تصاویر فرابنفش به‌طور مستقیم وابسته به مکانی است که انتظار می‌رود آب در آنجا باشد.
راث توضیح داد: «تاکنون فقط اکسیژن مولکولی مشاهده شده بود. این اکسیژن زمانی تولید می‌شود که ذرات باردار سطح یخ را فرسایش می‌دهند. بخار آبی که ما اندازه‌گیری کردیم از تصعید یخ ناشی از فرار حرارتی بخار آب از مناطق یخ‌زده‌ی گرم ناشی می‌شود.»
کشف تازه انتظارها را از مأموریت آتی سازمان فضایی اروپا به نام کاوشگر اقمار یخی مشتری (به‌اختصار جیوس) افزایش می‌دهد. جیوس، نخستین مأموریت بزرگ در برنامه‌ی چشم‌انداز کیهانی ۲۰۱۵-۲۰۲۵ سازمان فضایی اروپا است که در سال ۲۰۲۲ پرتاب خواهد شد و در سال ۲۰۲۹ به مشتری خواهد رسید. این کاوشگر دست کم سه سال صرف مشاهدات دقیق از مشتری و سه قمر بزرگ آن خواهد کرد و تمرکزش را به‌ویژه بر گانیمد به‌عنوان جسمی بالقوه قابل سکونت قرار خواهد داد.
گانیمد به دلیل ارائه دادن آزمایشگاهی طبیعی برای تجزیه‌وتحلیل ماهیت، تکامل و قابل سکونت بودن احتمالی جهان‌های یخی، داشتن نقشی مهم در منظومه‌ی قمرهای گالیله‌ای و برهم‌کنش‌های مغناطیسی با مشتری و محیط آن، هدف اصلی انجام مشاهدات دقیق خواهد بود. راث افزود: «نتایج ما می‌تواند اطلاعات ارزشمندی به ابزارهای جیوس بدهد که ممکن است برای تصحیح برنامه‌های رصدی آن‌ها با هدف بهینه‌سازی استفاده از فضاپیما به کار رود.»
در حال حاضر مأموریت جونو ناسا مشغول بررسی دقیق گانیمد است و به‌تازگی تصاویری از این قمر یخی منتشر کرده. جونو از سال ۲۰۱۶ تاکنون در حال مطالعه‌ی مشتری و محیط آن بوده است.
نظرات