Команда под руководством SwRI обнаружила спектральные сигнатуры углекислого газа и перекиси водорода на крупнейшем спутнике Плутона Хароне с помощью наблюдений телескопа Уэбба (белый), которые расширяют диапазон длин волн предыдущих измерений пролета New Horizons. Данные JWST и New Horizons согласуются по форме спектра и силе полос поглощения на коротких длинах волн света; смещение в абсолютном количестве рассеянного света в значительной степени можно объяснить различиями в геометрии наблюдения. Эти результаты дают подсказки о формировании и эволюции Харона.
Группа исследователей под руководством Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружила углекислый газ и перекись водорода на замерзшей поверхности крупнейшего спутника Плутона, Харона, с помощью наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба. Эти открытия дополняют известный химический состав Харона, ранее идентифицированный с помощью наземных и космических наблюдений, который включает водяной лед, виды, содержащие аммиак, и органические материалы, ответственные за серую и красную окраску Харона.
«Харон — единственный объект пояса Койпера среднего размера, диаметром от 300 до 1000 миль, который был геологически нанесен на карту благодаря миссии New Horizons под руководством SwRI, которая пролетела мимо системы Плутона в 2015 году», — сказала Сильвия Протопапа, ведущий автор новой статьи Nature Communications и соисследователь миссии New Horizons. «В отличие от многих более крупных объектов в поясе Койпера, поверхность Харона не закрыта высоколетучими льдами, такими как метан, и поэтому дает ценную информацию о том, как такие процессы, как воздействие солнечного света и образование кратеров, влияют на эти далекие тела».
Телескоп Уэбба является идеальной платформой для детального исследования Харона и других ледяных тел в регионе за орбитой Нептуна. В 2022 и 2023 годах команда использовала спектрограф Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне для получения четырех наблюдений системы Плутон-Харон. Различные геометрии наблюдения обеспечили полное покрытие северного полушария Харона.
«Расширенные возможности наблюдения Уэбба позволили нашей команде исследовать свет, рассеянный поверхностью Харона, на более длинных волнах, чем это было возможно ранее, что расширило наше понимание сложности этого увлекательного объекта», — сказал соавтор исследования Ян Вонг из Научного института космического телескопа.
Расширенный диапазон длин волн измерений Уэбба Харона выявляет признаки углекислого газа. Команда сравнила спектроскопические наблюдения с лабораторными измерениями и подробными спектральными моделями поверхности, заключив, что углекислый газ присутствует в основном в качестве поверхностного слоя на богатой водяным льдом подповерхности.
«Наша предпочтительная интерпретация заключается в том, что верхний слой углекислого газа берет свое начало изнутри и был выведен на поверхность через кратерные события. Известно, что углекислый газ присутствует в областях протопланетного диска, из которого образовалась система Плутона», — сказал Протопапа.
Присутствие перекиси водорода на поверхности Харона ясно указывает на то, что богатая водяным льдом поверхность изменена солнечным ультрафиолетовым светом и энергичными частицами солнечного ветра и галактических космических лучей. Перекись водорода образуется из атомов кислорода и водорода, возникающих при распаде водяного льда из-за входящих ионов, электронов или фотонов.
«Лабораторные эксперименты, проведенные в центре CLASSE (Центр лабораторных астрофизических и космических экспериментов) SwRI, сыграли важную роль в демонстрации того, что перекись водорода может образовываться даже в смесях углекислого газа и водяного льда в условиях, аналогичных условиям на Хароне», — сказал Уджвал Раут из SwRI.
Исследования группы демонстрируют непревзойденную способность телескопа Уэбба обнаруживать сложные поверхностные сигнатуры, сформированные ударами и процессами облучения.
«Новые идеи стали возможными благодаря синергии между наблюдениями Уэбба, спектральным моделированием и лабораторными экспериментами и, возможно, применимы к другим аналогичным объектам среднего размера за пределами Нептуна», — сказала Протопапа.
