Voor de eerste keer, astronomen hebben sporen gevonden van waterdamp in de atmosfeer van Jupiters maan Ganymedes. Deze waterdamp vormt zich wanneer ijs van het oppervlak van de maan sublimeert - dat wil zeggen, verandert van vast naar gas.

Wetenschappers gebruikten nieuwe en gearchiveerde datasets van NASA's Hubble Space Telescope om de ontdekking te doen, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurastronomie .

Eerder onderzoek heeft indirect bewijs geleverd dat Ganymedes, de grootste maan in het zonnestelsel, bevat meer water dan alle oceanen van de aarde. Echter, temperaturen daar zijn zo koud dat het water op het oppervlak vastgevroren is. De oceaan van Ganymedes zou ongeveer 100 mijl onder de korst liggen; daarom, de waterdamp zou niet de verdamping van deze oceaan vertegenwoordigen.

Astronomen hebben Hubble-waarnemingen van de afgelopen twee decennia opnieuw onderzocht om dit bewijs van waterdamp te vinden.

In 1998, Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) nam de eerste ultraviolette (UV) beelden van Ganymedes, die in twee afbeeldingen kleurrijke linten van geëlektrificeerd gas onthulde, poolbanden genaamd, en leverde verder bewijs dat Ganymedes een zwak magnetisch veld heeft.

De overeenkomsten in deze UV-waarnemingen werden verklaard door de aanwezigheid van moleculaire zuurstof (O ₂ ). Maar sommige waargenomen kenmerken kwamen niet overeen met de verwachte emissies van een zuivere O ₂ atmosfeer. Tegelijkertijd, wetenschappers concludeerden dat deze discrepantie waarschijnlijk verband hield met hogere concentraties atomaire zuurstof (O).

Als onderdeel van een groot observatieprogramma ter ondersteuning van NASA's Juno-missie in 2018, Lorenz Roth van het KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, Zweden leidde het team dat de hoeveelheid atomaire zuurstof met Hubble wilde meten. De analyse van het team combineerde de gegevens van twee instrumenten:Hubble's Cosmic Origins Spectrograph (COS) in 2018 en archiefbeelden van de Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) van 1998 tot 2010.

Tot hun verbazing, en in tegenstelling tot de oorspronkelijke interpretaties van de gegevens uit 1998, ze ontdekten dat er nauwelijks atomaire zuurstof in de atmosfeer van Ganymedes was. Dit betekent dat er een andere verklaring moet zijn voor de schijnbare verschillen in deze UV-aurorabeelden.

Roth en zijn team hebben vervolgens de relatieve verdeling van de aurora in de UV-beelden onder de loep genomen. De oppervlaktetemperatuur van Ganymedes varieert sterk gedurende de dag, en rond het middaguur nabij de evenaar kan het voldoende warm worden dat het ijsoppervlak enkele kleine hoeveelheden watermoleculen afgeeft (of sublimeert). In feite, de waargenomen verschillen in de UV-beelden zijn direct gecorreleerd met waar water zou worden verwacht in de atmosfeer van de maan.

"Tot nu toe was alleen de moleculaire zuurstof waargenomen, " legde Roth uit. "Dit wordt geproduceerd wanneer geladen deeltjes het ijsoppervlak eroderen. De waterdamp die we nu hebben gemeten, is afkomstig van ijssublimatie veroorzaakt door de thermische ontsnapping van waterdamp uit warme ijzige gebieden."

Deze bevinding voegt anticipatie toe aan de aanstaande missie van ESA (European Space Agency), SAP, wat staat voor JUpiter ICy moons Explorer. JUICE is de eerste grootschalige missie in het Cosmic Vision 2015-2025-programma van ESA. Gepland voor lancering in 2022 en aankomst bij Jupiter in 2029, het zal minstens drie jaar besteden aan het maken van gedetailleerde observaties van Jupiter en drie van zijn grootste manen, met bijzondere nadruk op Ganymedes als een planetair lichaam en potentiële habitat.

Ganymedes werd geïdentificeerd voor gedetailleerd onderzoek omdat het een natuurlijk laboratorium biedt voor analyse van de natuur, evolutie en potentiële bewoonbaarheid van ijzige werelden in het algemeen, de rol die het speelt binnen het systeem van Galileïsche satellieten, en zijn unieke magnetische en plasma-interacties met Jupiter en zijn omgeving.

"Onze resultaten kunnen de JUICE-instrumentteams waardevolle informatie verschaffen die kan worden gebruikt om hun observatieplannen te verfijnen om het gebruik van het ruimtevaartuig te optimaliseren, ’ voegde Roth eraan toe.

Direct, NASA's Juno-missie neemt Ganymedes onder de loep en heeft onlangs nieuwe beelden van de ijzige maan vrijgegeven. Juno heeft Jupiter en zijn omgeving bestudeerd, ook bekend als het Joviaanse systeem, sinds 2016.

Het Joviaanse systeem begrijpen en de geschiedenis ervan ontrafelen, van de oorsprong tot de mogelijke opkomst van bewoonbare omgevingen, zal ons een beter begrip geven van hoe gasreuzenplaneten en hun satellieten zich vormen en evolueren. In aanvulling, hopelijk komen er nieuwe inzichten over de bewoonbaarheid van Jupiter-achtige exoplanetaire systemen.