Powierzchnia Kallisto nie jest tak niezmienna, jak się wydawało
Na tle pozostałych galileuszowych księżyców Jowisza Kallisto sprawia wrażenie najmniej niezwykłej. Io charakteryzuje się nieustanną i intensywną aktywnością wulkaniczną, pod lodową skorupą Europy najprawdopodobniej znajduje się rozległy ocean ciekłej wody, natomiast Ganimedes posiada własne pole magnetyczne, które w nietypowy sposób oddziałuje z Jowiszem. Kallisto wygląda przy nich na spokojny świat, a jej stara powierzchnia pokryta licznymi kraterami może sprawiać wrażenie, jakby została zatrzymana w czasie. Analiza nowych danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, przeprowadzona przez zespół kierowany przez Marię Camarcę z California Institute of Technology, pokazała jednak, że również na tym księżycu zachodzą bardziej złożone procesy. Wyniki badania opublikowano w serwisie arXiv.
Astronomowie przyjrzeli się trzem obszarom Kallisto. Były to tylna półkula księżyca względem kierunku jego orbitalnego ruchu, rozległy basen uderzeniowy Asgard oraz okolice Valhalli, największej wielopierścieniowej struktury uderzeniowej w Układzie Słonecznym.
Jednym z najważniejszych elementów ujawnionych w obserwacjach okazał się lód wodny. Dane uzyskane przez teleskop umożliwiły wykrycie jego sygnału oraz szczegółowe określenie rozmieszczenia na powierzchni Kallisto. Przygotowana mapa ujawniła wyraźny kontrast pomiędzy półkulą przednią, czyli zwróconą w stronę kierunku ruchu księżyca, a półkulą tylną. Na półkuli przedniej większe ilości lodu występowały w miejscach, które w przeszłości zostały mocno dotknięte przez uderzenia. Były to między innymi baseny Valhalla i Asgard, a także młodsze kratery Lofn oraz Heimdall.
Na tylnej półkuli rozmieszczenie lodu przyjmuje natomiast charakterystyczny układ przypominający tarczę strzelniczą. Sygnał jest tam najsłabszy w rejonie równika, po czym zwiększa się wraz ze zbliżaniem do biegunów. Astronomowie wskazują, że może za to odpowiadać plazma pochodząca z magnetosfery Jowisza, bombardująca powierzchnię Kallisto. Naładowane cząstki przemieszczają się za księżycem i modyfikują znajdujący się na nim lód.
Dwutlenek węgla ujawnia procesy zachodzące na Kallisto
W obserwacjach dostrzeżono również suchy lód, czyli CO₂ w stanie stałym. Według naukowców dwutlenek węgla nie powinien samoczynnie pozostawać na powierzchni Kallisto, jeśli nie istnieje proces umożliwiający jego zatrzymywanie albo stałe uzupełnianie. Tymczasem jego obecność została wyraźnie zarejestrowana w danych.
Na tylnej półkuli największe ilości dwutlenku węgla w postaci lodu znajdują się w centralnej części, gdzie tworzą układ przeciwstawny do rozmieszczenia lodu wodnego. Obszary bogatsze w lód wodny zawierają mniej CO₂, podczas gdy większej ilości dwutlenku węgla towarzyszy mniejsza ilość lodu wodnego. Naukowcy uważają, że może to oznaczać, iż promieniowanie przekształca lód wodny oraz materiały zawierające węgiel w dwutlenek węgla. Na przedniej półkuli najsilniejsze sygnały CO₂ zarejestrowano w pobliżu kraterów Lofn i Heimdall. Ze względu na ich stosunkowo młody wiek badacze uznają, że obecny tam dwutlenek węgla najprawdopodobniej powstał w następstwie uderzeń. Jest to największe znane nagromadzenie tego związku, którego powstania nie wiąże się z działaniem promieniowania.
Dwutlenek węgla nie występuje jednak wyłącznie w formie stałej na powierzchni Kallisto. Webb zarejestrował także niezwykle słabą atmosferę, której głównym składnikiem jest ten związek. Jej rozmieszczenie było bardzo nierównomierne. Największe stężenie występowało w pobliżu basenu Valhalla, ale nie odpowiadało lokalizacjom, w których znajdowało się najwięcej stałego CO₂, ani obszarom o najwyższej temperaturze. Podobny nietypowy układ naukowcy obserwowali wcześniej na innych lodowych księżycach, między innymi na Ganimedesie. Dane pokazują zatem złożoność procesów związanych z wodą i dwutlenkiem węgla oraz trudności, jakie pojawiają się przy próbach ich dokładnego opisania za pomocą obecnych modeli.
Pochodzenie związków węgla i azotu nadal pozostaje niewyjaśnione
Analiza danych JWST ujawniła jeszcze jedną cechę, którą naukowcy mogą wiązać ze związkami zawierającymi węgiel oraz azot. Sygnał ten jest przy tym znacznie wyraźniejszy na Kallisto niż na pozostałych galileuszowych księżycach. Badacze nadal nie wiedzą, w jaki sposób związki te docierają na powierzchnię satelity. Jednym z rozważanych wyjaśnień jest możliwość regularnego dostarczania pyłu przez inne księżyce Jowisza na półkulę Kallisto zwróconą w kierunku jej ruchu. Obecne w pyle minerały zawierające azot mogłyby następnie reagować z materiałami bogatymi w węgiel znajdującymi się na powierzchni księżyca, prowadząc do powstawania związków organicznych.
Mariusz Drzewiecki
