Ganymede (vệ tinh)
Đặc điểm > Khí quyển và tầng điện ly

Năm 1972, nhóm các nhà thiên văn học đến từ Anh, Mỹ và Ấn Độ làm việc tại đài thiên văn Bosscha (Indonesia) thông báo họ đã phát hiện thấy khí quyển của Ganymede. Những quan sát về lớp khí quyển này được thực hiện khi Ganymede cùng với Jupiter che lấp một ngôi sao (tương tự như hiện tượng nhật thực). Từ đó họ đã tính ra áp suất khí quyển của Ganymede là khoảng 1 μBar (0,1 Pa). Tuy nhiên năm 1979, những quan sát của tàu Voyager 1 thực hiện khi Ganymede che khuất 1 ngôi sao khác (κ Centauri) đã cho thấy một kết quả ngược lại. Bằng việc quan sát hiện tượng che lấp sử dụng quang phổ gần quang phổ tia cực tím, có bước sóng ngắn (< 200 nm) nhạy hơn trong việc xác định sự tồn tại của các chất khí so với bước sóng ánh sáng thường, tàu Voyager dã phủ nhận sự tồn tại khí quyển trên bề mặt Ganymede. Mật độ khí gần bề mặt của Ganymede là nhỏ hơn 1,5 × 109 cm−3, tương ứng với áp suất khí tại bề mặt của vệ tinh là khoảng 2,5 × 10−5 μBar. Sự chênh lệch rất lớn (4 × 104 lần) trong các kết quả quan trắc giữa năm 1972 và năm 1979 cho thấy những tính toán vào năm 1972 có thể đã quá lạc quan về sự tồn tại khí quyển trên Ganymede.
Mặc dù vậy, các quan trắc từ kính thiên văn vũ trụ Hubble (Hubble Space Telescope, HST) năm 1995 đã chỉ ra sự tồn tại, mặc dù không đáng kể, của một lớp khí quyển cấu thành từ oxy, tương tự như khí quyển của Europa. HST đã phát hiện thấy có sự phát quang của oxy nguyên tử tại các bước sóng ngắn 130,4 nm and 135,6 nm. Đó có thể là kết quả của việc các phân tử oxy bị bắn phá bởi các luồng electron từ vũ trụ. Từ đó ta có thể kết luận về sự tồn tại một lớp khí quyển rất mỏng cấu thành từ các phân tử O2. Mật độ khí thực tế trên bề mặt vệ tinh nằm trong khoảng 1,2–7 × 108 cm−3, tương ứng với áp suất khí bề mặt từ 0,2–1,2 × 10−5 μBar. Những số liệu này tương đối phù hợp với những số liệu thu được bởi tàu Voyager vào năm 1981. Khí quyển mỏng này rõ ràng không phải là kết quả của sự sống trên Ganymede, đó đơn thuần chỉ là sản phẩm của việc băng nước trên bề mặt của vệ tinh bị bắn phá phân tách thành oxy và hydro. Trong khi hydro quá nhẹ và thất thoát ra ngoài vũ trụ, một phần oxy vẫn bị giữ lại hình thành nên một lớp oxy mỏng bao quanh Ganymede. Hiện tượng phát quang trong khí quyển của Ganymede không xảy ra đồng nhất trên một phần bề mặt của vệ tinh như trên Europa. HST chỉ phát hiện thấy 2 đốm sáng xuất hiện tại mỗi bán cầu nam và bắc của Ganymede, ở vĩ độ ± 50°. Đây là ranh giới giữa những đường sức đóng và mở của từ trường trong từ quyển của vệ tinh. Những đốm sáng này có thể tương tự như hiện tượng cực quanh trên Trái Đất, khi lớp không khí bị bắn phá bởi cơn mưa plasma dọc theo đường mở của các đường sức từ trường.
Sự tồn tại của lớp khí quyển trung tính trên Ganymede sẽ khẳng định sự tồn tại của tầng điện ly trên vệ tinh này. Các phân tử oxy chắc chắn sẽ chịu sự bắn phá của các điện tử năng lượng cao đến từ từ quyển và các tia siêu cực tím (EUV) của Mặt Trời. Mặc dù vậy, hiện nay câu hỏi về sự tồn tại của tầng điện ly trên Ganymede vẫn chưa được trả lời chính xác bởi vì sự tồn tại của khí quyển trên vệ tinh này cũng chưa được khẳng định. Một số tính toán từ tàu thăm dò Galileo cho thấy sự tích tụ mật độ electron gần bề mặt vệ tinh, một bằng chứng về sự tồn tại của tầng điện ly. Thế nhưng một số quan sát khác lại không phát hiện được nó. Người ta ước tính rằng mật độ electron gần bề mặt Ganymede nằm trong khoảng 400 đến 2.500 hạt/ cm³. Đến nay vẫn chưa xác định hay ước lượng được những thông số về tầng điện ly của vệ tinh này.
Một bằng chứng khác chỉ ra sự tồn tại bầu khí quyển trên Ganymede là việc phát hiện thấy quang phổ của chất khí khi quan sát quang phổ lớp băng bề mặt của Ganymede. Người ta đã phát hiện thấy dải phổ của ozone (O3) năm 1996. Đến năm 1997, người ta tiếp tục phát hiện thấy vạch hấp thụ của phân tử oxy O2. Vạch hấp thụ chỉ có thể quan sát được nếu như oxy tồn tại trong trạng thái tương đối dày đặc. Điều này có thể giải thích được nếu như ta giả thiết oxy phân tử bị giữ lại ở trong băng. Độ đậm của vạch hấp thụ tùy thuộc vào kinh độ và vĩ độ chứ không phụ thuộc vào độ phản xạ bề mặt của khu vực quan sát. Vạch của O2 giảm khi vĩ độ của khu vực quan sát tăng lên, trong khi vạch của O3 thay đổi theo chiều hướng ngược lại. Các nhà khoa học đã khẳng định được rằng, O2 trong băng bề mặt của Ganymede không tồn tại thành từng cụm hay thành bọt mà phân tán vào băng trong nhiệt độ bề mặt của Ganymede (khoảng 100 K).
Vào năm 1997, các nhà khoa học đã tìm kiếm sự tồn tại của natri trong lớp khí xung quanh Ganymede sau khi phát hiện ra sự tồn tại của chất này trong khí quyển của Europa. Tuy nhiên, các kết quả là không đáng kể. Ở giữa độ cao 7.800 và 15.600 km, người ta có phát hiện thấy dấu vết của natri những với mật độ chỉ bằng 1/13 so với mật độ trên Europa ở cùng độ cao. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể là do bề mặt của Ganymede thiếu natri hoặc là do từ quyển đã hạn chế các hạt mang năng lượng. Một thành phần khác xuất hiện trong khí quyển của Ganymede là hydro nguyên tử. Người ta đã phát hiện thấy sự tồn tại của chúng ở độ cao lên tới 3.000 km so với bề mặt vệ tinh. Mật độ hydro nguyên tử là khoảng 1,5 × 104 cm−3.
| x t Khí quyển |
| --- | --- | --- |
| Sao |  Mặt Trời  |  |
| Ngoại hành tinh |  HD 209458 b  HD 189733 b  Kepler-7b  Gliese 436 b  Gliese 1214 b  |  |
| Hành tinh |  Sao Thủy  Sao Kim  Trái Đất  Sao Hỏa  Sao Mộc  Sao Thổ  Sao Thiên Vương  Sao Hải Vương  |  |
| Hành tinh lùn |  Ceres  Sao Diêm Vương  Makemake  2007 OR10  |  |
| Vệ tinh |  Mặt Trăng  Io  Europa  Ganymede  Callisto  Enceladus  Dione  Rhea  Titan  Triton  |  |
| Liên quan |  Bầu khí quyển sao  Đầu sao chổi  Khí quyển ngoài Trái Đất  |  |