Teleskop Webba przyjrzał się bliżej powierzchni Kallisto

Kallisto, księżyc Jowisza, uchodzi za najbardziej spokojny i niepozorny z czterech galileuszowych satelitów gazowego olbrzyma. Nowe obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pokazują jednak, że na jego powierzchni zachodzą bardziej złożone procesy, niż wcześniej przypuszczano.

Powierzchnia Kallisto kryje więcej, niż sądzono

Spośród czterech galileuszowych księżyców Jowisza Kallisto wydaje się najzwyklejszym z nich. Na Io nieprzerwanie trwa znaczna aktywność wulkaniczna. Europa pod powierzchnią prawdopodobnie posiada ogromny ocean ciekłej wody. Z kolei Ganimedes ma własne pole magnetyczne, które w nietypowy sposób oddziałuje z planetą macierzystą. Kallisto na tle innych naturalnych satelitów gazowego olbrzyma wydaje się spokojna, a jej pradawna, usiana kraterami powierzchnia sprawia wrażenie zamrożonej w czasie. Jednak w ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Marii Camarcy z California Institute of Technology przeanalizowali nowe dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i odkryli, że nawet ten najbardziej niepozorny z czterech wielkich księżyców jest bardziej aktywny, niż wcześniej sądzili astronomowie. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Obserwacje objęły trzy główne obszary Kallisto – jej stronę znajdującą się z tyłu względem kierunku ruchu (trailing hemisphere) wokół Jowisza, ogromny basen uderzeniowy Asgard oraz obszar skupiony bezpośrednio na Valhalli, największej wielopierścieniowej strukturze uderzeniowej w Układzie Słonecznym.

Zdaniem astronomów jedną z najważniejszych cech wykrytych w danych był lód wodny. Instrumenty teleskopu wykryły sygnał wskazujący na obecność lodu i pozwoliły bardzo dokładnie sprawdzić, gdzie znajduje się on na powierzchni Kallisto. Mapa pokazała wyraźną różnicę między stroną księżyca skierowaną w kierunku jego ruchu (leading hemisphere) a stroną znajdującą się z tyłu (trailing hemisphere). Po stronie skierowanej w kierunku ruchu więcej lodu znajdowało się w miejscach, gdzie w przeszłości doszło do silnych uderzeń. Dotyczy to między innymi basenów Valhalla i Asgard oraz młodszych kraterów Lofn i Heimdall.

Z kolei, jak opisują badacze, po stronie znajdującej się z tyłu lód tworzy wyraźny wzór przypominający tarczę strzelniczą. Sygnał jest najsłabszy w pobliżu równika i staje się silniejszy w kierunku biegunów. Najprawdopodobniej jest to efekt plazmy z magnetosfery Jowisza, która bombarduje powierzchnię Kallisto. Tworzące ją naładowane cząstki przemieszczają się za księżycem i zmieniają znajdujący się na nim lód.

Dwutlenek węgla wskazuje na procesy zachodzące na księżycu Jowisza

Kolejną wyraźną cechą widoczną w danych była obecność suchego lodu, czyli zamarzniętego CO₂. Naukowcy zwracają uwagę, że związek ten nie powinien naturalnie utrzymywać się na powierzchni Kallisto bez mechanizmu, który pozwalałby go tam zatrzymywać lub uzupełniać. Jednak jego obecność jest wyraźnie widoczna w danych.

Po stronie znajdującej się z tyłu dwutlenek węgla w postaci lodu jest najbardziej skoncentrowany w centrum, tworząc wzór odwrotny do tego obserwowanego w przypadku lodu wodnego. Tam, gdzie było więcej lodu wodnego, było mniej dwutlenku węgla i odwrotnie. Zdaniem naukowców może to wskazywać, że promieniowanie przekształca lód wodny i materiały bogate w węgiel w dwutlenek węgla. Po stronie skierowanej w kierunku ruchu najsilniejszy sygnał dwutlenku węgla wykryto w pobliżu kraterów Lofn i Heimdall. Ponieważ są to stosunkowo młode formacje, znajdujący się tam dwutlenek węgla najprawdopodobniej powstał podczas uderzeń. To największe znane skupisko tego związku, które nie powstało w wyniku działania promieniowania.

Jak podkreślają astronomowie, CO₂ występuje jednak nie tylko na powierzchni Kallisto. Teleskop Webba wykrył również bardzo słabą atmosferę, składającą się przede wszystkim z tego związku, choć była ona niezwykle nierównomierna. Najwyższe stężenie pojawiło się w okolicach basenu Valhalla, ale nie pokrywa się ono z najwyższym stężeniem stałego CO₂ ani z obszarami o najwyższych temperaturach. Ten nietypowy wzór przypominał to, co naukowcy obserwowali na innych lodowych księżycach, takich jak Ganimedes. Pokazuje to, jak złożone procesy zachodzą z udziałem substancji takich jak woda i dwutlenek węgla oraz jak trudno jest to dokładnie opisać w istniejących modelach.

Związki węgla i azotu pozostają zagadką

W danych JWST wykryto również kolejną interesującą cechę, która, jak uważają naukowcy, może być związana ze związkami zawierającymi węgiel i azot, choć sygnał ten jest znacznie silniejszy na Kallisto niż na innych księżycach galileuszowych. Badacze nie wiedzą jeszcze dokładnie, w jaki sposób związki te trafiają na Kallisto. Jedna z głównych teorii zakłada, że inne księżyce Jowisza mogą regularnie dostarczać pył na stronę satelity skierowaną w kierunku jego ruchu. Znajdujące się w nim minerały bogate w azot mogą następnie reagować z materiałami zawierającymi węgiel obecnymi na powierzchni Kallisto, prowadząc do powstawania związków organicznych.

Emil Gołoś