Заряженные частицы оказались основным виновником эрозии поверхности спутника Юпитера Европы

Автоматическая станция «Юнона» помогла планетологам оценить скорость генерации молекулярного кислорода за счет радиолиза водяного льда на спутнике Юпитера Европе, которая оказалась существенно меньше, чем предыдущие оценки, что может влиять на модели обитаемости подповерхностного океана. Ученые также определили, что бомбардировка заряженными частицами является основным механизмом эрозии поверхности Европы, и оценили скорость этой эрозии. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Европа обладает разреженной атмосферой, которая пополняется атомами и молекулами водорода и кислорода, создаваемыми за счет термической десорбции и распыления при бомбардировке электронами и ионами водяного льда. Образованные во льду молекулы могут потенциально создавать канал насыщения кислородом подповерхностного океана Европы, могущего быть обитаемым, а также покидать атмосферу, пополняя магнитосферу Юпитера. Однако до недавнего времени не было прямых наблюдений за частицами вблизи Европы, что не позволяло четко понять состав атмосферы спутника и скорости ее потери и эрозии поверхности.

Группа планетологов во главе с Джейми Салаем (Jamey Szalay) из Принстонского университета опубликовала результаты анализа данных, полученных прибором JADE станции «Юнона», собранных во время близкого пролета мимо Европы 29 сентября 2022 года. Минимальное расстояние до поверхности спутника составило 353 километра, прибор регистрировал ионы H⁺, O2⁺, S₃+, O⁺/S₂⁺ и S⁺, которые происходят из магнитосферы Юпитера или возникают из нейтралов из атмосферы Европы за счет ударной ионизации или перезарядки.

Исследователи рассчитали, что плотность нейтрального водорода в атмосфере вблизи поверхности Европы составляет 1,8×10⁵ частиц на кубический сантиметр, а скорость его потери атмосферой за счет превращения в ионы — около 0,16 килограмм в секунду. Общая скорость потери атмосферой Европы нейтрального водорода составляет 1,5 килограмм в секунду. Около 6–41 процентов убегающих с Европы молекул водорода представлены ионами H₂⁺, большая часть остальных частиц теряются в виде нейтралов, образующих тороидальное облако на одной орбите с Европой, а остальные частицы покидают систему Юпитера в виде энергичных нейтралов.

Что касается кислорода, то, если предполагать, что весь кислород, образующийся при радиолитической диссоциации молекул воды на поверхности Европы, идет на создание молекул кислорода, то скорость их генерации составляет 12 килограмм в секунду. Таким образом скорость потери молекул кислорода атмосферой ограничена этим пределом, что меньше, чем предыдущая и более широкая оценка в 5–1100 килограмм в секунду. Предполагается, что кислород находится в узком слое вблизи поверхности спутника, толщиной в десятки километров. Это ограничивает транспорт кислорода из льда в океан и может сузить условия его обитаемости — оценки поступления O₂ в океан в более ранних работах колеблются от 0,3 до 300 килограмм в секунду.

Ученые также оценили скорость эрозии ледяной поверхности Европы в 1,5 сантиметра за миллион лет, и определили, что радиолитическая диссоциация льда будет доминирующим механизмом эрозии поверхности Европы по сравнению с бомбардировкой метеороидами.

Ранее мы рассказывали о том, как «Джеймс Уэбб» нашел на поверхности Европы углекислый газ из подповерхностного океана.