Constraints on effusive cryovolcanic eruptions on Europa using topography obtained from Galileo images
伽利略固态成像仪(SSI)拍摄的木卫二表面图像显示了几公里长的平滑特征,可能是由于低粘度物质(如液态低温岩浆)的喷发造成的。我们估计四个这些光滑的功能,通过生产数字高程模型(DEM)的四个伽利略/SSI图像的体积。我们特别小心地使用从阴影恢复形状技术来估计所产生的DEM上的不确定性,并估计特征体积介于($5.7*10^{7}$ m $^{3}$和($2.7*10^{8}$ m $^{3}$之间。我们讨论了假定的地下液体水库尺寸的情况下,从冻结水库引起的喷发的影响。我们以前的冰火山喷发模型进行了改进,考虑一个循环的cryomagma冻结和渗出,并估计蒸发cryolava分数一旦cryolava蔓延到欧罗巴的表面。我们的研究结果表明,低温岩浆水库将不得不相对较大,以产生这些顺利的功能(1至100公里的$^{3}$,如果流动功能的结果,从一个单一的喷发,和0.4至60公里的$^{3}$的整个寿命的水库产生循环喷发)。未来的两个任务JUICE(ESA)和Europa Clipper(NASA)应该在2020年代末到达欧罗巴。它们将提供更多关于那些假定的冰火山区的信息,这些冰火山区似乎是有趣的目标,可以更好地了解木卫二表面、次表面和海洋之间的物质交换。
2021-02-24 astro-ph.EP
Dusk Over Dawn O$_2$ Asymmetry in Europa's Near-Surface Atmosphere
木卫二的水产品散逸层在其85小时的一天,根据目前的模式,尚未显示出任何昼夜不对称的演变。在这里,我们模拟木卫二的外逸层使用3-D蒙特卡罗程序,包括第一次,木卫二的旋转在整个轨道上的外逸层分子的演变的作用。我们专注于O $_2$,溅射的拖尾半球源与温度依赖性下各向同性等离子体条件。我们发现,O $_2$组件,而全球性的,是不均匀的木卫二当地时间。相反,O $_2$在黄昏半球积累。当旋转被明确排除,没有昼夜不对称存在。我们发现,假设的O $_2$源的热依赖性是一个昼夜不对称的关键:昼夜地面温度分布上的近地面O $_2$大气,由于小的跳跃时间的非吸附O $_2$有效地旋转木卫二。总之,我们的模拟得出结论,黄昏黎明的不对称性是由木卫二的昼夜O $_2$周期与木卫二的轨道周期同步驱动的,基于我们对O $_2$生产和损失的模型假设。这一结论与最近的认识是一致的,即如果O $_2$的寿命与轨道周期相比足够长,则在中午达到峰值的非吸附、旋转O $_2$源将从黎明到黄昏自然积累。最后,我们比较半球平均的黎明比最近观察到的哈勃太空望远镜的氧排放数据。我们发现,虽然模拟是全球一致的明亮的氧气排放在黄昏比在黎明时,在我们的模拟的轨道演化的不对称性,可以改善改善O $_2$源和损失率,并可能吸附到风化层。
2018-04-27 astro-ph.EP
Spatially resolved observations of Europa's surface with Subaru/IRCS at 1.0-1.8 $μm$: Upper limits to the abundances of hydrated Cl-bearing salts
最近使用大型地面望远镜在1.5-4.0 $μm$进行的红外观测表明,木卫二表面可能存在含Cl盐的非冰物质。这些含氯盐的化学成分是了解木卫二海洋化学和可居住性的关键。在这里,我们报告的结果,地面望远镜观测木卫二在两个波长范围内,1.0-1.5和1.5-1.8 $μm$,其中前一个范围包括吸收功能,由于一些水合氯轴承盐。我们使用斯巴鲁望远镜/IRCS和自适应光学系统AO 188获得了高波长分辨率($δλ$ ~ 2 nm,1.0-1.5 $μm$; $δλ$ ~ 0.9 nm,1.5-1.8 $μm$)和低噪声水平(1 $σ$ ~ 1-2 $\times$ 10 $^{-3}$)的空间分辨反射光谱。我们发现没有明确的吸收功能,在1.2 $μ$ m所造成的水合氯轴承盐。我们估计,在3 $σ$噪声水平下,欧罗巴上MgCl $_2$ $\cdot$ nH $_2$ O、NaClO $_4$ $\cdot$ 2 H $_2$ O、Mg(ClO $_3$)$_2$ $\cdot$ 6 H $_2$ O和Mg(ClO $_4$)$_2$ $\cdot$ 6 H $_2$ O丰度的保守上限为17%(大多数<10%)。这些数值低于基于先前观测的木卫二上某些含水含氯盐的丰度(> ~20%)。这支持了木卫二上的含Cl盐可能是NaCl和/或NaClO $_4$的无水Na盐或水合NaCl $\cdot$ 2 H…
2022-03-17 astro-ph.EP
Neutral particle release from Europa's surface
在本文中,我们将研究木星卫星欧罗巴冰冷表面的空间风化过程。木星等离子体中的高能重离子(H+、O+、S+、C+)可以通过离子溅射(IS)侵蚀木卫二的表面,每个离子可以喷射出多达1000个H2O分子。撞击欧罗巴表面的紫外光子也可以通过光子刺激解吸(PSD)和化学变化(光解)导致中性原子释放。在这项工作中,我们研究了喷射水分子的IS和PSD过程的效率,模拟产生的中性H2O密度。我们还估计了离子背散射(IBS)过程对总中性原子释放的贡献。此外,我们估计检测溅射的高能原子的可能性,以区分从其他表面释放机制的IS过程的行动。我们的主要结果是:(1)入射S+离子对中性H_2O ~-密度的贡献最大,且最显著的粒子通量来自入射S+离子,(2)PSD产生的H_2O ~-密度比溅射产生的H_2O ~-密度低约1.5个数量级; 3)在低于1 keV的能量范围内,IBS对于中性粒子的产生可以被认为是可忽略的,4)木卫二的总溅射速率为2.0 \cdot × 10 ~(27)H_2 O s ~(-1); 5)通过IS逸出的H_2O占总溅射粒子数的22%,而PSD产生的H_2O逸出占总PSD粒子数的30%。由于PSD散逸层低于IS散逸层,因此木卫二表面侵蚀的主要因素是非照明侧和照明侧的IS。最后,外逸层中性密度,估计从伽利略电子密度测量似乎高于计算的H2O单独,这有利于存在的情况下,产生的O2的辐解和光解。
2010-06-04 astro-ph.EP
ALMA Thermal Observations of Europa
我们提出了四个白天的热图像木卫二阿塔卡马大型毫米阵列。这些图像共同组成了第一个空间分辨的热数据集,完全覆盖了木卫二的表面。由此产生的亮度温度对应于233 GHz(1.3 mm)的频率和大约200 km的典型线性分辨率。在这种分辨率下,图像捕捉到地质和成分单位尺度上的空间局部热变化。我们使用的木卫二的全球热模型来模拟ALMA观测,以调查可见的数据中的热结构。数据和模型图像之间的比较表明,欧罗巴上的大规模白天热结构主要是由整个表面的热辐射变化引起的。使用从旅行者号测量外推的热辐射计,一个均匀的模型很好地再现了这些模式,但存在局部差异。这些差异可以在很大程度上解释的空间不均匀性的表面热性能。因此,我们使用四个ALMA图像来创建在我们的ALMA波长的表面热惯性和发射率的地图。从这些地图中,我们确定了西经90度和北纬23度附近的一个热惯性特别高或发射率特别低的区域,在我们的两张图像中,这个区域看起来非常冷。
2018-08-21 astro-ph.EP
Europa's H$_2$O$_2$: Temperature Insensitivity and a Correlation with CO$_2$
本研究结合地基望远镜与 JWST 观测,发现木卫二 H$_2$O$_2$ 在食相与昼夜尺度上对温度不敏感,却与 CO$_2$ 强正相关,表明 CO$_2$ 或通过电子清除促进其生成。
2024-08-26 astro-ph.EP
Keck II Observations of Hemispherical Differences in H2O2 on Europa
我们目前的结果凯克II观测木卫二连续四个晚上使用近红外光谱仪(NIRSPEC)。在3.14- 4.0微米范围内收集光谱,允许检测和监测由于过氧化氢引起的3.5微米特征。伽利略近红外光谱仪(NIMS)的结果首次揭示了木卫二上的过氧化氢,其数量丰度为0.13+/-0.07%。我们发现,我们观察主导半球的两个晚上的结果是相当的。值得注意的是,我们在观测木卫二的反木星半球和次木星半球时观测到了少量的过氧化氢(~0.04%)。几乎没有过氧化氢被检测到在观察只是尾随半球。我们的结论是,伽利略观测可能代表最大的过氧化氢浓度,例外可能是冷水冰地区的两极,这是不容易观察到的地面。我们绘制的木卫二过氧化物丰度图需要对木卫二全球表面氧化剂丰度的先前估计进行修订,并导致如果与海洋发生表面物质交换,预计地下海洋的总氧化剂输送量减少。
2013-03-23 astro-ph.EP
The origin and fate of O$_2$ in Europa's ice: an atmospheric perspective
早期预测和随后探测到木卫二上的O $_2$大气层,再加上发现木卫二的冰幔下有海洋,使这颗卫星成为主要的天体生物学目标,不久将由JUICE和木卫二快船航天器访问。尽管有相当数量的观测,建模和实验室的努力,理解物理导致观测到的木卫二的近表面O $_2$大气的形态一直是有问题的。这种情况下,所观察到的排放取决于当地的入射等离子体离子通量,当地的温度和成分的风化层,以及近表面的电子温度和密度。在这里,我们在很大程度上依赖于早期的评论简要总结了观测,实验室和模拟的努力。虽然人们一致认为,由入射木星等离子体的表面冰的辐解是观测到的O $_2$的最终来源,最近,一个简单的模型的热解吸从风化层渗透O $_2$已经改变了通常的范例。这表明,所观察到的近表面O $_2$大气的本地源的轨道依赖性是由于O $_2$的热释放可能被困在冰粒上的悬挂键,由于直接溅射的贡献较小。这也可能影响我们对木卫二风化层中的辐射分解产物可能是其地下海洋氧化剂来源的理解。
2018-04-27 astro-ph.EP
Europa's Hemispheric Color Dichotomy as a Constraint on Non-synchronous Rotation
木卫二的表面反射率表现出明显的半球二分法,这被假设是由于木星磁层中携带的高能粒子对尾半球的辐射增强而形成的。我们建议,这种模式只能持续,如果变色的时间尺度比木卫二的旋转相对于同步状态短得多,并提供了一种手段,用于约束使用所观察到的颜色模式的旋转速率。通过将旅行者数据中的纵向紫外和可见光颜色变化分解为正弦和余弦项,我们没有发现可检测到的非同步旋转(NSR)特征。同样的结论也可以用两种观察到的变色模型得出:一种代表一个活跃的变色表面,另一种假设表面上的外生变色处于稳定状态。预期签名的震级作为Pwyll陨石坑的年龄的函数,这是用来约束变色的时间尺度。此外,我们开发了变色的物理模型来验证几何模型,产生一致的结果。使用木卫二的半球颜色二分法未能识别NSR的签名放大了应力起源的突出问题,以解释木卫二的普遍构造特征。
2021-04-01 astro-ph.EP
An Assessment of Organics Detection and Characterization on the Surface of Europa with Infrared Spectroscopy
本研究评估了NASA Europa Clipper任务在3-5 μm近红外波段探测木卫二表面微量有机物的能力,通过模拟光谱和贝叶斯模型比较分析,发现该任务能有效探测低丰度有机物并约束其含量。
2025-06-02 astro-ph.EP
Detectability of Local Water Reservoirs in Europa's Surface Layer under Consideration of Coupled Induction
研究通过电磁感应探测木卫二表面局部水库的可行性,发现飞掠无法探测,但表面部署磁力计可探测半径8公里、电导率30 S/m的水库。
2023-09-14 astro-ph.EP
Europa's Surface Water-ice Crystallinity and Correlations between Lineae and Hydrate Composition
木卫二的表面组成和冰火山活动的证据可以提供深入了解地下海洋的性质和组成,从而可以评估其潜在的可居住性。揭示表面处理和地下活动的一个有前途的途径是在表面上观察到的结晶和无定形水冰的相对分数,这是受温度,带电粒子轰击,气相沉积和冰火山活动的影响。在木卫二的前半球上观察到的结晶度不能单独通过热物理和粒子通量模型来再现,这表明可能有其他过程影响表面。我们进行了光谱混合分析的高光谱图像立方体从伽利略近红外测绘光谱仪(NIMS),以确定如何表面结晶度的物理处理在高空间分辨率尺度的影响。我们特别关注两个图像立方体,靠近赤道的15e015和靠近南极的17e009,两者都在领先的半球上。我们进行了非负最小二乘光谱混合分析,揭示了非冰的组成和水冰结晶度的表面。我们发现,无定形水冰占主导地位的光谱在赤道和南极。我们估计15e015 NIMS立方体内的平均结晶度约为35%,17e009 NIMS立方体内的平均结晶度约为15%,这与基于地面的光谱学推导的堆积一致。我们还确定了相关的硫酸镁,氯化镁,和水合硫酸与线和脊,这可能会提供证据的表面处理涌升地下材料。
2022-02-15 astro-ph.EP
Europa smooth plains formation: a SPH cryovolcanic model
Laboratoire Environnements et Atmosphères Terrestres et Planétaires, Université de Reims Champagne-Ardenne(地球与行星大气与环境实验室,兰斯香槟-阿登大学);Laboratoire de Planétologie et Géodynamique, CNRS UMR 6112, Université de Nantes(行星学与地球动力学实验室,法国国家科学研究中心联合研究单位6112,南特大学);Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(喷气推进实验室,加州理工学院)
本研究通过SPH数值模型CryoPy模拟低温岩浆流动,发现雪是低温熔岩的物理类比物,其流动形态与伽利略号观测的平滑平原匹配,为欧罗巴快帆任务提供预测框架。
2026-09-24 astro-ph.EP
The distribution of CO$_2$ on Europa indicates an internal source of carbon
利用JWST观测绘制木卫二表面CO$_2$分布图,发现其在Tara Regio区域富集,表明CO$_2$来源于内部碳源,最可能形成于地下海洋。
2023-09-20 astro-ph.EP
The Blinking Crystallinity of Europa: A Competition between Irradiation and Thermal Alteration
本文利用LunaIcy多物理场模型模拟木卫二热结晶与辐射非晶化的长期竞争,首次给出随深度变化的结晶度剖面和全球结晶度图,并预测最高35%的季节性结晶比例波动。
2025-05-14 astro-ph.EP
Interaction Mechanism and Response of Tidal Effect on the Shallow Geology of Europa
木卫二(Europa)具有多层结构和复杂的地质条件,但其细节和成因尚不清楚,本文从分析卫星表面潮汐效应的机制入手,讨论了潮汐锁定和轨道共振等相互作用在包括加热在内的潮汐效应中是否起着重要作用,在讨论过程中,提出了影响木卫二潮汐热的主要因素和典型浅部地质特征的形成机制,为进一步勘探提供了理论支持。
2019-11-24 astro-ph.EP
Europa's Coupled Ice-Ocean System: Temporal Evolution of a Pure Ice Shell
本文模拟木卫二纯冰壳在不同热通量、流变和加热条件下的演化,给出传导-对流转变时间与厚度,并提出利用 Clipper 测量推断冰-海洋热通量及垂直流速的方法。
2023-09-28 astro-ph.EP
H$_2$O$_2$ within chaos terrain on Europa's leading hemisphere
过氧化氢是木卫二上一个重要的辐解循环的一部分,可能是假定的地下海洋氧化剂的关键来源。过氧化氢的地表地理分布可能会限制其丰度及其与地下化学的潜在相关性。然而,木卫二的过氧化氢超过半球平均值的地图从未出版过。在这里,我们提出了空间分辨L波段(3.16 - 4 $μ$米)观测木卫二的3.5 $μ$米过氧化氢吸收,我们使用近红外光谱仪NIRSPEC和凯克II望远镜的自适应光学系统。使用这些数据,我们映射的强度3.5 $μ$米吸收整个表面在标称空间分辨率为$\sim$ 300公里。虽然以前的磁盘集成数据似乎与实验室的预期一致,即木卫二的过氧化氢主要存在于其最冷和最冰的区域,但我们在这个更精细的空间尺度上发现几乎完全相反。相反,我们观察到最大的过氧化氢消耗在低纬度的领先和反木星半球,与混乱的地形,以及相对枯竭的寒冷,冰冷的高纬度地区。这种分布可能反映了由于CO $_2$在混沌地形中有效清除电子而导致的过氧化氢破坏减少的影响。
2019-08-02 astro-ph.EP
JWST Reveals Spectral Tracers of Recent Surface Modification on Europa
本研究利用JWST NIRSpec高信噪比数据,在木卫二南纬Tara和Powys Regiones发现3.1微米结晶H2O冰Fresnel峰及4.38微米13O2特征,揭示了持续热结晶与表面垂直分层现象。
2025-04-07 astro-ph.EP
Characterization of carbon dioxide on Ganymede and Europa supported by experiments: Effects of temperature, porosity, and mixing with water
该研究通过实验结合理论计算,探究冰质卫星表面CO₂光谱带偏移的成因,揭示温度、孔隙度及与水混合对CO₂冰光谱和脱附行为的影响,为理解木卫二、木卫三的表面组成提供实验依据。
2024-05-17 astro-ph.EP
Spectral Decomposition Reveals Surface Processes on Europa
Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文学研究所)
通过光谱分解分析木卫二表面,发现二氧化碳富集区域与异常冰纹理特征相关,揭示了表面挥发物富集与近表物理过程的关系,对评估木卫二宜居性有重要意义。
2026-03-12 astro-ph.EP astro-ph.IM stat.AP
Cryomagma ascent on Europa
木卫二的表面呈现出与低陨石坑密度相关的形态特征,可能被解释为是最近的冰火山活动的结果。特别是,覆盖部分表面的光滑沉积物的形态,以及它们与周围地形的关系,表明它们是由液体挤压造成的。此外,最近的文献表明,与液体有关的特征,如双脊、微脊和混沌的就位可能是由于地表下存在液体储存。我们模拟上升的液态水通过一个裂缝或一个类似管道的地下水库欧罗巴\textquoteright的表面和计算喷发的时间尺度和总体积在喷发过程中挤出,作为一个函数的水库体积和深度。我们还估计了触发火山爆发所需的地下水库的冻结时间。我们的模型是针对纯液态水和Kargel(1991)概述的盐水混合物导出的:81 wt %H $_{2}$ O +16 wt % MgSO $_{4}$ +3 wt % Na $_{2}$ SO $_{4}$。结合木卫二盐杂质的成分数据,讨论了MgSO $_{4}$和Na $_{2}$ SO $_{4}$对低温岩浆冻结时间尺度和上升的影响。对于分别在$\mathrm{10^{6}\:m^{3}\leq V\leq10^{10}\:m^{3}}$和$\mathrm{1\:km\leq H\leq10\:km}$范围内的合理储集层体积和深度,总挤出的冰熔岩体积范围从$10^{3}\,\mathrm{m^{3}}$到$10^{8}\,\mathrm{m^{3}}$,喷发的持续时间从几分钟到几十小时不等…
2019-08-19 astro-ph.EP
A New Spectral Feature on the Trailing Hemisphere of Europa at 3.78 microns
我们目前的半球分辨光谱的木卫二表面从~3.1--4.13微米,我们获得了使用近红外光谱仪NIRSPEC的凯克II望远镜。这些包括第一个高质量的L波段光谱的表面延伸超过4微米。在我们的数据中,我们确定了一个以前看不见的光谱特征在3.78微米的拖尾半球。特征的纵向分布与由电子或Iogenic离子轰击产生的辐解产物的纵向分布一致。这一特征与在实验室光谱和木卫一光谱中观察到的SO_2霜的吸收特征相一致。然而,相应的,通常更强的4.07微米的二氧化硫霜的功能是缺席我们的数据。这一结果与伽利略NIMS后半球数据中4.05微米处的SO2检测结果相反,后者受到辐射噪声的严重影响。我们使用简单的光谱建模,认为3.78微米的功能是不容易解释的表面上的二氧化硫霜的存在。我们探索替代解释,并讨论其他潜在的候选物种。
2017-06-11 astro-ph.EP
Radiation sputtering of hydrocarbon ices at Europa-relevant temperatures
本研究探讨欧罗巴相关温度下烃水冰的辐射溅射,发现主要产物为CO2、CO和碎裂烃,且温度升高增加溅射并导致产物分布差异。
2025-03-01 astro-ph.EP astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
The Influence of Temperature and Photobleaching on Irradiated Sodium Chloride at Europa-like Conditions
木卫二的主要半球混沌区域在450 nm处有一个光谱特征,这是由于被辐照的氯化钠中的晶体缺陷吸收,称为F中心。实验数据与观测数据之间存在一些差异,包括F心带中心波长的$\sim$ 10 nm的偏移,以及木卫二上缺少M心的720 nm吸收,这是由F心对的合并造成的。在这里,我们对氯化钠进行辐照实验,试图了解这些差异。我们表明,仔细控制样品的温度在120 K的温度下产生F-中心的吸收波长与欧罗巴。此外,我们还测量了光漂白的效果-光子对F中心的破坏-并表明,在欧罗巴上的高能粒子和光子通量下,将达到一个平衡,只有适度的F中心吸收。F心的密度永远不会达到足够高的值来产生次级M心。我们的实验预测,在没有光漂白的情况下,欧罗巴上的F中心在夜间生长,然后在白天部分衰减。我们展示了哈勃太空望远镜的观测结果与这一预测一致。木卫二上450 nm F中心的所有观测结果现在都与实验室测量的氯化钠一致,证实了木卫二上存在这种盐。
2022-01-04 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.chem-ph
Thermophysical Properties of Europa's Surface Constrained by Galileo Photopolarimeter-Radiometer Temperature Measurements
California Institute of Technology(加州理工学院);Jet Propulsion Laboratory(喷气推进实验室);University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);University Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);CNRS(法国国家科学研究中心);European Space Agency(欧洲空间局);European Space Astronomy Center(欧洲航天天文中心);LATMOS/IPSL(大气、环境观测研究实验室/地球物理学研究所);Sorbonne Université(索邦大学);UVSQ(凡尔赛圣康坦大学);Institut Universitaire de France(法兰西学院);Cornell University(康奈尔大学);Southwest Research Institute(西南研究院);Johns Hopkins Applied Physics Laboratory(约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室);University of Oxford(牛津大学);Northern Arizona University(北亚利桑那大学);Arizona State University(亚利桑那州立大学)
通过伽利略光极化仪-辐射计数据重新分析,确定木卫一表面的反照率和热惯性,推断其冰层的微观物理性质,发现平均反照率为0.64±0.06,热惯性为56±17 tiu,揭示了表面热惯性与地质单元的关系及sputtering驱动的sintering过程。
2026-07-15 astro-ph.EP
The longevity of water ice on Ganymedes and Europas around migrated giant planets
太阳系中的气体巨行星都有一个由冰冷的卫星组成的随从,我们预计巨大的系外行星也会有类似的卫星系统。如果一颗类似木星的行星向它的母星迁移,围绕它运行的冰冷卫星就会蒸发,形成大气层和可能的可居住的表面海洋。在这里,我们研究了表面冰和可能的海洋在流体动力学消失之前会持续多久。卫星的流体动力损失率在很大程度上取决于可用于吸收的恒星通量,随着巨行星和冰冷的卫星迁移到更靠近恒星的位置,恒星通量会增加。在某个行星-恒星距离上,入射到冰冷卫星上的恒星通量变得如此之大,以至于它们进入失控的温室状态。这种失控的温室状态迅速将所有可用的地表水以蒸汽的形式转移到大气中,在那里它很容易从小卫星上丢失。然而,对于像木卫三这样大小的冰卫星,我们发现表面水(冰或液体)可以在失控的温室轨道距离之外无限期地存在。相比之下,欧罗巴大小的较小卫星上的表面水只会在距离类太阳恒星1.49至0.74天文单位的时间尺度上持续存在,如果冰融化,邦德的半径为0.2和0.8,那么较低的半径就会变得相关。因此,小卫星可能会失去它们的冰壳,这将在它们的主行星周围产生一个H原子环,在未来的观测中可能会被探测到。
2017-04-05 astro-ph.EP
An Impacting Descent Probe for Europa and the other Galilean Moons of Jupiter
我们提出了一项研究的影响下降探测器,增加了科学回报的航天器轨道或通过大气层少的行星体的太阳系,如木星的伽利略卫星。下降探测器是一个随身携带的小型航天器(< 100公斤),将由母航天器部署,以简单的方式进入与目标行星体碰撞的轨道。一个可能的科学有效载荷包括用于表面成像、中性外逸层特性描述以及在探测器快速(~km/s)下降到表面直至撞击期间在目标体附近的极低高度(~1 km)进行磁场和等离子体测量的仪器。讨论了科学目标和操作概念,特别提到木卫二,包括飞行通过水羽流和撞击后检索极低高度科学数据的选项。总而言之,它展示了下降探测器如何有潜力以较低的额外复杂性,工程努力和风险为任务提供高科学回报。这项研究建立在早期研究的木卫四下降探测器(CDP)的前欧洲-木星系统任务(EJSM)的欧空局和美国航天局,并扩展了他们的详细评估下降探测器设计为一个额外的科学有效载荷的美国航天局欧罗巴任务。
2017-11-07 astro-ph.EP
Sulfur Ion Implantations Into Condensed CO2: Implications for Europa
硫离子在木星磁层中的普遍存在,导致了这些离子注入木卫二表面可能导致SO2形成的建议。然而,以前的研究注入硫离子到H2O冰(在欧罗巴表面的优势物种)未能检测到SO2的形成。其他关于类似的二氧化碳冰的研究,也被认为存在于木卫二上,提供了似乎相互矛盾的结果。本文描述了290 keV S ~+离子注入20和70 K下凝聚态CO_2的研究结果。我们的研究结果表明,SO2注入后,在20 K,但不是在欧罗巴相关的温度为70 K。我们的结论是,这一过程可能不是一个合理的机制SO2形成的木卫二,而其他机制应加以探讨。
2022-12-17 astro-ph.EP physics.space-ph
The Optical Aurorae of Europa, Ganymede and Callisto
伽利略卫星的稀薄大气层来自其表面,并由等离子体-表面相互作用和热过程的组合产生。虽然这些大气层很薄,但可以通过它们的极光发射来研究,迄今为止,大多数工作都集中在紫外波长的极光上。在这里,我们提出了第一次检测的木卫三和木卫四的光学极光,以及新的光学极光线在木卫二的检测,根据观测的目标,从1998年到2021年与凯克/HIRES超过10木星日食。我们在6300/6364、5577、7774和8446 A处测量OI发射,并将氢的上限设置为6563 A。这是第一次在地球以外的行星体上探测到7774和8446 A的辐射。多条发射谱线的同时测量为大气成分提供了强有力的约束。我们发现,木卫二和木卫三的日食大气主要由O2组成,平均柱密度分别为(4.1 \pm 0.1)x 10^{14} cm^{-2}和(4.7 \pm 0.1)x 10^{14} cm^{-2}。我们在木卫二的大气中发现了微弱的H2O存在的证据,H2O/O2比为$\sim$ 0.25,而木卫三的大气中只有H2O的上限,对应于H2O/O2 < 0.6。假设木卫四的电子密度为0.15 cm^{-3},则导出的木卫四O2的柱密度为(4.0 \pm 0.9 x 10^{15} cm^{-2},但木卫四轨道上的电子性质受到的约束非常少。
2023-02-16 astro-ph.EP
Regional study of Europa's photometry
木卫二的表面在地质上是年轻的,并显示出当前活动的迹象。从光度学的角度研究它可以让我们了解它的物理状态。我们使用了来自旅行者号成像科学系统和新地平线号长距离侦察成像仪的57张图像集,我们对其几何元数据进行了校正,并投影每个像素以计算光度信息(观察的反射率和几何形状)。我们研究了20个地区分散在欧罗巴的表面,并估计其光度的行为,使用Hapke辐射转移模型和贝叶斯框架,以估计其微物理状态。我们发现,其中大多数与木卫二的明亮后向散射行为一致,已经在全球范围内观察到,表明存在通过空间风化而成熟的颗粒。然而,我们已经确定了非常明亮的区域,显示出狭窄的前向散射,这可能表明存在新的沉积物,这些沉积物可能归因于最近的冰火山活动或喷流。总的来说,我们发现木卫二表面的测光比以前认为的更加多样化,其微物理状态也是如此。
2020-07-21 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.data-an
A magnetotelluric instrument for probing the interiors of Europa and other worlds
前往木星冰冷的卫星欧罗巴的着陆器任务的一个目标是探测30公里内的液态水,并描述地下海洋的特征。为了满足这一目标,还必须确定冰壳内的水。感应电磁(EM)方法是欧罗巴上水探测的最佳方法,因为即使是一小部分溶解的盐也会使水的导电性比冰壳高几个数量级。与伽利略航天器的感应研究相比,需要测量更高频率的环境电磁场来解决壳内水的较浅深度。虽然这些领域的特点主要是由以前的任务,其未知的源结构和等离子体属性不允许EM探测使用一个单一的表面磁强计或轨道到表面的磁传递函数,分别。相反,宽带EM探测可以使用大地电磁(MT)方法从单个地面站完成,该方法测量水平电场以及三分量磁场。我们已经开发了一个原型欧罗巴大地电磁测深仪(EMS),以满足相关的热,真空和辐射环境中的测量要求。EMS包括中央电子设备、桅杆上的磁通门磁力计和三个弹道部署的电极,以测量表面电势的差异。在本文中,我们描述了EMS的发展和测试,以及提供支持信息的概念,业务和计算水的可探测性。EMS可以唯一地确定木卫二壳内水的发生,提供了重要的可居住性限制。
2021-01-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
LunaIcy: Exploring Europa's Icy Surface Microstructure through Multiphysics Simulations
本文提出多物理场模型LunaIcy,首次耦合热传递与烧结过程,模拟木卫二冰微观结构演化,发现日间温度短暂超过115 K的区域即可发生有效烧结,表明其表面现今由相互连通的冰结构组成。
2024-10-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Evolution of granular salty ice analogs for Europa: Sublimation and Irradiation
该研究通过模拟木卫二表面的升华与电子辐照环境,结合温度标定和近红外光谱,揭示咸颗粒冰光谱演化及水石盐的短寿命,从而为判断近期地质活动提供标志。
2025-05-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
A magnetically driven equatorial jet in Europa's ocean
近几十年来,来自太空任务的数据提供了强有力的证据,证明木星的几个卫星,特别是木卫二,在薄薄的外层冰壳下存在着深层液体海洋。但这些观测也提出了许多关于冰下产生的海洋运动或导致木卫二上观测到的地质特征的机制的未解问题。通过对木卫二内部的直接数值模拟,我们发现木星的磁场在赤道产生了一个逆行的海洋射流,这可能会影响木卫二海洋的全球动力学,并通过对木卫二的冰壳施加单向扭矩来促进其表面特征的形成。
2019-03-11 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Ocean tidal heating in icy satellites with solid shells
作为一种长期的能源,冰卫星次表层海洋的潮汐加热会影响其热力、自转和轨道演化,进而影响海洋的可持续性。我们提出了一个新的理论处理潮汐加热在薄的地下海洋覆盖不可压缩的弹性壳的任意厚度。覆盖在上面的贝壳的稳定作用抑制了海洋潮汐,减少了潮汐加热。这种影响在土卫二上比在木卫二上更明显,因为像土卫二这样的小天体的有效刚度更大。对于土卫二和木卫二可能的壳层厚度和海洋厚度范围,Beuthe(2016)的薄壳近似精度一般小于4%;固体壳层中海洋潮汐加热的时均表面分布与耗散不同,赤道附近和两极附近的离心力和双折射力分别具有较高的耗散。如果壳体是导电的,这可能导致独特的水平壳体厚度变化。由于海洋响应的滞后性,偏心率和重力强迫驱动的地表位移相对于强迫潮位具有相位滞后。对于木卫二和土卫二,偏心率强迫通常会产生更大的潮汐振幅,由于大偏心率值相对于湿度值。尽管双折射值很小,但由于Rossby-Haurwitz波的产生,双折射强迫通常会产生较大的相位滞后。当木卫二壳厚为10 km,洋面厚为100 km时,偏心率作用下的潮汐振幅和相位滞后分别为26.5 m和$<1$度,偏心率作用下的潮汐振幅和相位滞后分别为$<2.5$ m和$<18$度。对海洋厚度相位滞后的测量(例如使用Europa Clipper)将提供对海洋厚度的探测
2018-04-20 astro-ph.EP
Life after death: Europa in the evolving Habitable Zone of a Red Sun
本研究模拟了红巨星支宜居带中木卫二的表面与大气演化,发现其水汽大气可稳定存在至少0.2Gyr,并提出观测类木卫二系外卫星的方法,为恒星死亡后生命存续提供新可能。
2025-05-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
Thermal Segregation and Reddening in Europa's Double Ridges
University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(加州理工学院喷气推进实验室);University of Oxford(牛津大学)
研究木卫二双脊区域因地形导致的热分离过程,探讨其对表面变色和低反照率的影响,提出热分离可能产生暗层并影响欧罗巴表面颜色。
2026-04-12 astro-ph.EP physics.geo-ph
Surviving in Ocean Worlds: Experimental Characterization of Fiber Optic Tethers across Europa-like Ice Faults and Unraveling the Sliding Behavior of Ice
作为对海洋世界内部进行原位探索以使用低温机器人架构寻找生命的第一步,我们测试了各种通信系绳在潜在的欧罗巴样压力条件下的行为。通过冻结两种类型的预张紧绝缘光纤电缆内的冰块,我们模拟系绳被重新冻结在探测器的尾流,因为它穿过海洋世界的冰壳。使用低温双轴装置,我们模拟剪切运动的预先存在的断层在不同的速度和温度。这些剪切试验用于评估冰的机械行为,表征通信系绳的行为,并探索其部署的限制。我们确定(a)最大剪切应力系绳可以维持从冰故障,故障(可行/不可行的制度部署)和(b)光学系绳通信性能。我们发现,这些系绳在木卫二上预期的温度和速度条件范围内(T(K)= 95至260;速度(m/s)= 5 x 10-7至3 x 10-4)相当稳健。然而,在测试的最冷温度下,系绳外套的损坏和内部纤维的拉伸都表明需要进一步开发系绳原型。总的来说,这些研究限制了在海洋世界使用的光学系绳的行为,提高了探测着陆任务可能遇到的动态冰壳的热机械特性的能力,并指导未来的技术开发,以访问(潜在的可居住/有人居住的)海洋世界的内部。
2022-11-18 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
The Earth transiting the Sun as seen from Jupiter's moons: detection of an inverse Rossiter-McLaughlin effect produced by the Opposition Surge of the icy Europa
我们报告了2014年1月5日从木星上看到的地球在太阳上的过境之后的多波长观测活动。同时观测木星的卫星木卫二和木卫三,使用来自智利拉西拉的HARPS和来自加那利群岛拉帕尔马的HARPS-N,使用与2012年金星凌日成功采用的相同技术(Molaro等人,2013年)测量由于地球通过而引起的Rossiter-McLaughlin效应。径向速度的预期调制约为20 cm/s,但检测到高达38 m/s的异常漂移,即高出两个数量级以上且符号相反。两个光谱仪的一致行为排除了径向速度漂移的仪器来源,BiSON观测排除了对太阳磁活动的可能依赖。我们认为,这种异常是由木卫二的冰面上的反对派浪涌,它放大了太阳辐射的强度,从太阳表面的一部分,围绕交叉地球,然后可以观察到一种逆罗斯特-麦克劳克林效应。事实上,这种效应的简化模型可以详细解释观测到的径向速度异常的大部分特征,即凌日前后的延伸、两个观测站之间的微小差异以及更靠近地球通道的次峰的存在。这种现象是第一次在这里观察到的,每次类似的地球对齐发生在没有大气层的岩石体上时都应该观察到。我们预测它应该在2026年地球和木星的下一次结合中再次被观察到。
2015-09-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Spectral Mixture Modeling with Laboratory Near-Infrared Data II: Effects of Grain Size and Implications for Europa
NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(美国国家航空航天局喷气推进实验室,加州理工学院)
利用近红外波长下基于线性混合和辐射传输的亲密混合建模方法,通过不同粒度的水冰混合物实验室光谱评估其对光谱建模精度的影响,结果表明基于Hapke理论的辐射传输建模是约束木卫二表面成分的首选方法。
2026-07-07 astro-ph.EP physics.data-an
Formation and Trapping of CO2 from Cryogenic Irradiation of Carbonate
Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology(加州理工学院地质与行星科学系)
研究通过低温电子辐照碳酸盐在真空条件下产生并保留CO2,发现其v3不对称伸缩振动谱带,表明碳酸盐可能作为外太阳系冰体中CO2的内源性储库。
2026-04-29 astro-ph.EP physics.chem-ph
Jovian plasma torus interaction with Europa. Plasma wake structure and effect of inductive magnetic field: 3D Hybrid kinetic simulation
混合动力学模型支持全面模拟木卫二月球磁层系统的不同空间和能量元素之间的相互作用,相对于可变的上游磁场和等离子体和高能离子,电子和中性原子的通量或密度分布。这一能力对于改进伽利略轨道飞行器飞行任务对木卫二现有飞越测量的解释,以及规划未来飞行任务的飞越和轨道测量(包括表面和大气成分)至关重要。这些模拟是基于最近的木卫二大气模型(Cassidy等人,2007; Shematovich等人,2005年)。与以往的MHD模拟方法相比,混合模型使我们能够充分考虑有限的回旋半径效应和电子压力,并正确地估计离子的速度分布和沿磁场的通量(假设上游背景离子的初始麦克斯韦速度分布)。在本文中,我们讨论了两个任务:(1)等离子体尾流结构依赖于上游等离子体和欧罗巴的大气参数(模型I,情况(a)和(b)与均匀的木星磁层场,感应磁偶极子和高海洋壳电导率);和(2)估计可能的影响所产生的感应磁场从海洋壳电导率。这种效应是根据观测到的和模拟的磁场之间的差异估计的(模型二,情况(c),木星磁层场不均匀,感应磁偶极子和低海洋壳电导率)。
2012-12-14 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasma and Thermal Processing Leading to Spatial and Temporal Variability of the Trapped O2 at Europa and Ganymede
California Institute of Technology(加州理工学院);Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(加州理工学院喷气推进实验室);University of Virginia(弗吉尼亚大学);New York University(纽约大学);Boston University(波士顿大学);University of Nevada Reno(内华达大学里诺分校)
研究木卫二和木卫三上氧气时空变化,通过分析等离子体与表面作用产生的非平衡缺陷密度等,探讨捕获与退火竞争及半球差异对氧气带影响,还讨论大气源重要性,揭示等离子体和热处理对冰卫星挥发性物质及地质活动的作用。
2026-07-17 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Composition of Jupiter irregular satellites sheds light on their origin
木星的不规则卫星具有高度偏心,倾斜和遥远的轨道,这表明它们的捕获发生在巨行星迁移之前。我们的目标是提高我们对木星不规则卫星表面成分的理解,以了解我们太阳系形成时的狭窄时间窗口。我们使用美国国家航空航天局(NASA)红外望远镜设施(IRTF)上的中分辨率0.8-5.5微米光谱仪观测了三颗木星不规则卫星,Himalia,Elara和Carme。使用线性光谱解混模型,我们约束了这三个机构的表面上的主要矿物相。我们的研究结果证实,Himalia,Elara和Carme的表面主要是不透明的材料,如在碳质球粒陨石中看到的那些。我们的近红外光谱的Himalia和Elara的光谱建模证实,它们的表面成分是相同的磁铁矿是占主导地位的mineral.A比较的光谱形状的Himalia与两个大型的主要C型小行星,忒弥斯(D 176公里)和欧罗巴(D 352公里),表明表面成分类似于欧罗巴。Carme的近红外光谱表现出高达1.5微米的蓝色斜率,与Himalia和Elara的光谱不同。我们的模型表明,它在成分上类似于无定形碳。Himalia和Elara在成分上相似,但与Carme明显不同。这些结果支持了这样的假设,即木星的不规则卫星是被捕获的天体,这些天体经历了进一步的解体事件,并根据它们相似的物理和表面成分聚集为家族。
2017-12-27 astro-ph.EP
Thermal Conductivity measurements of macroscopic frozen Salt Ice analogs of Jovian Icy moons in support of the planned JUICE mission
研究代表木星卫星冰层的冷冻盐溶液的热特性对于支持Jupiter ICy卫星探测器(JUICE)(欧空局)和欧罗巴快船(NASA)任务至关重要,由于实验测量的稀缺性,这些任务将在未来几年内发射,以详细观察巨大的气态行星木星及其三个最大的卫星(Ganymede,Europa和Callisto)。因此,我们进行了一组实验来测量和研究这些地区特别感兴趣的宏观冷冻盐溶液的热导率,包括氯化钠(NaCl)、硫酸镁(MgSO $_4$)、硫酸钠(Na $_2$ SO $_4$)和氯化镁(MgCl $_2$)。在大气压力和0至-70 $^{\circ}$ C的温度下在气候室中进行测量。在实验过程中测量温度和量热。这些测量的一个有趣的副作用是,它们有助于发现冷冻盐溶液中的相变,即使是非常低的盐浓度。将液体盐水溶液的小样品放置一旁用于量热测量。这些实验以及热导率和量热法的测量对于限制木卫三、木卫二和木卫四冰壳的化学成分、物理状态和温度将是有价值的。
2021-12-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
New insights into temperature-dependent ice properties and their effect on ice shell convection for icy ocean worlds
冰壳动力学是冰洋世界可居住性的重要控制因素。在这里,我们提出了一个系统的研究,评估这些动态的温度依赖性的材料特性的影响。我们回顾了已发表的冰的热导率数据,这表明行星科学中最常用的电导率模型代表了一个下限。我们提出了一个新的模型的导热性,跨越相关的海洋世界的冰壳的温度范围。这使表面附近低温下的热导率增加了约五分之一。我们表明,这种增加的导热性附近的冷表面可以稳定的冰壳木卫二。此外,我们表明,包括温度相关的比热容减少了能量存储在导电盖,减少了响应时间尺度的冰壳热扰动约三分之一。这可能有助于解释表面特征,如混乱的地形,需要大量的能量添加到近表面的冰。
2020-11-25 astro-ph.EP physics.geo-ph
Viscoelastic Models of Tidally Heated Exomoons
外卫星的潮汐加热可能在其可居住性中发挥关键作用,因为即使没有显著的太阳辐射,高温也可以融化身体上的冰。在太阳系的卫星上,如木卫二或土卫二,生命的可能性正在被深入研究,那里的表面冰层覆盖着潮汐加热的海洋。在太阳系外的系统中,潮汐力可能更强,这取决于月球及其轨道的性质。为了研究外卫星的潮汐加热地面温度,我们首次采用了粘弹性模型。该模型比广泛使用的所谓固定Q模型更现实,因为它考虑了潮汐热通量的温度依赖性和内部物质的熔化。利用这个模型,我们引入了环行星潮汐温带(TTZ),强烈依赖于月球的轨道周期,而不是它的半径。我们将结果与固定Q模型进行了比较,并使用两种模型研究了TTZ的统计体积。我们已经发现,粘弹性模型预测2.8倍的外卫星在TTZ与轨道周期在0.1和3.5天之间比固定Q模型的物理和轨道参数的合理分布。粘弹性模型在适居性方面给出了更有希望的结果,因为身体的内部熔化缓和了地面温度,就像一个恒温器。
2015-02-25 astro-ph.EP
Irradiance Variations due to Orbital and Solar Inertial Motion: The Effect on Earth's Surface Temperature
由于热时间常数-地球全球地面温度对强迫变化的特征反应时间,太阳总辐照度的变化被认为对地球地面温度的影响很小。这个时间常数足够大,平滑的年度变化,但不一定有一个较长的周期,如由于太阳惯性运动的变化,这些地面温度变化的幅度估计。
2020-03-03 astro-ph.EP
Ozone Production in Electron Irradiated CO2:O2 Ices
在木卫三、土星最大的卫星土卫五和土卫四的表面冰中检测到臭氧(O3),激发了对该物种形成途径的几项研究。先前的研究已经成功地量化了由于使用紫外光子和带电粒子照射纯分子冰而产生O3的趋势(即,离子和电子),例如在不同温度下或使用不同带电粒子照射后形成的O3的丰度。在这项研究中,我们扩展了这样的结果,通过量化丰富的O3作为一系列的14个化学计量不同的CO2:O2天体物理冰类似物在20 K的1 keV的电子辐照的结果。通过使用中红外光谱作为我们的主要分析工具,我们也已经能够进行固体O3的不对称拉伸模式的光谱分析,并在其观察到的形状和配置文件之间的变化调查冰混合物。我们的研究结果对于更好地了解冰冷的外太阳系物体的表面组成和化学性质非常重要,因此可能对未来的行星际空间任务有用,例如欧空局的木星冰月探测器和美国航天局的欧罗巴快船任务,以及最近发射的美国航天局詹姆斯韦伯太空望远镜。
2022-07-21 astro-ph.EP cond-mat.other
Modifications of SPH towards three-dimensional simulations of an icy moon with internal ocean
本文改进SPH方法,通过修正黏性、采用DISPH、实现表面辐射冷却并引入相变状态方程,以支持含内部海洋冰卫星的三维潮汐加热与演化模拟。
2024-10-27 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.comp-ph