Наблюдения за лунами Галилея показали наличие у всех них полярных сияний.
Юпитер хорошо известен своими захватывающими полярными сияниями, во многом благодаря орбитальному аппарату Юнона и недавним снимкам космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Как и на Земле, эти впечатляющие вспышки возникают в результате взаимодействия заряженных солнечных частиц с магнитным полем и атмосферой Юпитера. Астрономы также много лет наблюдают, что самые большие спутники Юпитера имеют полярные сияния в своих атмосферах, особенно у так называемых галилеевых спутников. Эти вспышки являются результатом взаимодействия магнитного поля Юпитера и частицами, исходящими из атмосфер спутников.
Обнаружение этих слабых полярных сияний всегда было сложной задачей из-за размывания световых сигнатур солнечным светом, отражающимся от поверхности спутников. Группа под руководством Бостонского университета и Калифорнийского технологического института (при поддержке НАСА) недавно наблюдала галилеевские спутники во время прохождения их в тени Юпитера. Наблюдения показали кислородное сияние в атмосферах Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто. Эти полярные сияния темно-красного цвета и почти в 15 раз ярче привычных зеленых узоров на Земле.
Наблюдения группы соединили сведения спектрографа высокого разрешения Echelle обсерватории Кека (HIRES) со спектрометриями высокого разрешения, полученными с Большого бинокулярного телескопа (LBT) и обсерватории Apache Point (APO). Наблюдения проводились во время тени Юпитера над Ио, Европой, Ганимедом и Каллисто для предотвращения помех от солнечного света, отраженного от их поверхностей.
Информация, полученная из этих данных, подтвердила наличие газообразного кислорода в атмосферах спутников, как и предполагалось ранее. Однако наблюдения оказались трудными из-за того, что спутники практически незаметны в тени Юпитера.
На всех четырех галилеевых спутниках были обнаружены одинаковые кислородные полярные сияния, подобные тем, что наблюдаются на Земле. В случае Европы, Ганимеда и Каллисто содержание кислорода в их атмосферах объясняется фотолизом — процессом, при котором водяной лед переходит из твердого состояния в газообразное под действием солнечной радиации и распадается на водород и кислород. Что касается Ио, то кислород обусловлен диоксидом серы, выделяемым множеством вулканов, покрывающих его поверхность, взаимодействием с солнечным излучением с образованием монооксида серы и элементарного кислорода.
Из-за гораздо более тонких атмосфер кислород светится в глубоком красном и для Европы и Ганимеда инфракрасном диапазоне волн, последний не различим человеческим глазом. В атмосфере также присутствуют соли, такие как хлорид натрия и хлорид калия, которые разрушаются под воздействием солнечной радиации из-за вулканической активности Ио. Из-за этого полярные сияния на Ио излучают желто-оранжевое свечение (вызванное натрием) и свечение в инфракрасном диапазоне (вызванное калием).
Астрономы впервые зафиксировали инфракрасное свечение в атмосферах этих спутников. Новые измерения также выявили минимальные следы водяного пара, ранее считавшегося компонентом атмосфер Европы, Ганимеда и Каллисто. Существует предположение, что все три спутника обладают внутренними океанами под ледяными поверхностями, а некоторые предварительные данные указывают на то, что водяной пар в атмосфере Европы может быть результатом активности шлейфов, предполагаемых связываться с внутренним океаном спутника или резервуарами жидкости в его ледяной оболочке.
Наблюдения продемонстрировали изменение яркости полярных сияний Юпитера под влиянием наклонного магнитного поля газового гиганта во время вращения. Наклон этого поля, составляющий примерно 10° от оси вращения, в отличие от 11° у Земли, приводит к усиленному взаимодействию спутников с полем в определенные моменты их орбит. Также отмечена быстрая реакция атмосферы на изменение температуры при переходе от солнечного освещения к тени Юпитера.
Новые данные усилили оживлённость в сфере изучения этих объектов. В ближайшее время к Европе и Ганимеду будут направлены новые исследовательские роботы: миссия Europa Clipper от НАСА и JUpiter ICy Moon Explorer (JUICE) от ЕКА.