詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的突破性觀測揭示了木衛二上的過氧化氫和木衛三上正在進行的火山噴發，加深了我們對木星衛星和更廣闊的太陽系的了解。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）憑藉其靈敏的紅外攝像機和高分辨率光譜儀，揭示了木星伽利略衛星的新秘密，尤其是最大的衛星木衛三和火山最活躍的木衛一。

在兩份不同的出版物中，參與JWST 早期釋放科學計劃的天文學家們報告說，他們首次在木衛三上探測到了過氧化氫，在木衛二上探測到了硫磺煙霧，這都是木星影響的結果。

加州大學伯克利分校天文學和地球與行星科學名譽教授伊姆克-德-帕特（Imke de Pater）說：”這表明，我們可以用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡對太陽系天體進行令人難以置信的科學研究，即使天體真的非常明亮，比如木星，但當你觀察木星旁邊非常暗淡的東西時也是如此。”德-帕特和巴黎天文台的蒂埃里-富歇（Thierry Fouchet）是”早期發布科學”太陽系觀測團隊的聯合首席研究員，該團隊是13個獲得早期使用該望遠鏡機會的團隊之一。

通過JWST 測量得出的木衛三光譜圖顯示了兩極周圍過氧化氫分子的光吸收特徵。圓圈勾勒出月球的表面。資料來源：Samantha Trumbo，康奈爾大學

康奈爾大學51 Pegasi b博士後研究員薩曼莎-特倫博（Samantha Trumbo）領導了對木衛三的研究，研究報告於7月21日發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。利用JWST上的近紅外光譜儀（NIRSpec）捕捉到的測量數據，研究小組探測到了月球南北兩極周圍的過氧化氫（H2O2）對光的吸收，這是木星和木衛三周圍的帶電粒子撞擊覆蓋在月球上的冰層的結果。

特魯姆博說：”JWST揭示了木衛三兩極存在過氧化氫，這首次表明沿著木衛三磁場漏斗狀分佈的帶電粒子正在優先改變木衛三極冠的表面化學成分。”

天文學家們認為，過氧化物是由帶電粒子撞擊兩極周圍的冰凍水冰並將水分子分解成碎片而產生的–這一過程被稱為輻射分解–然後水分子重新結合形成H2O2。他們懷疑輻射分解主要發生在木衛三的兩極，因為木衛三與太陽系中的其他衛星不同，它有一個磁場，可以將帶電粒子引向兩極。

木衛三（左）和木衛一（右）的特寫照片，前者由美國宇航局的朱諾號太空船於2021 年拍攝，後者由美國宇航局的伽利略號太空船於1997 年拍攝。資料來源：NASA/JPL/USGS

她補充說：”就像地球磁場將帶電粒子從太陽引向最高緯度，從而導致極光一樣，木衛二的磁場對來自木星磁層的帶電粒子也起著同樣的作用。這些粒子不僅會在木衛三產生極光，還會對冰表面產生影響。”

特倫博和加州理工學院行星天文學教授邁克爾-布朗（特倫博最近在該校獲得了博士學位）早些時候研究了木衛二上的過氧化氫，木衛二是木星四顆伽利略衛星中的另一顆。然而，在木衛二的大部分錶面都能檢測到過氧化氫，部分原因可能是木衛二沒有磁場來保護表面不受木星周圍快速移動的粒子的影響。

特倫博說：”這可能是一個非常重要和廣泛的過程。對木衛三的這些觀測為了解這種水的輻射分解可能如何推動整個外太陽系冰體的化學反應提供了一個關鍵窗口，包括鄰近的木衛二和卡利斯托（第四顆伽利略衛星）”。

德-帕特說：”這有助於真正理解這種所謂的輻射分解是如何起作用的，而且它確實如人們根據地球上的實驗室實驗所預期的那樣起作用。”

JWST 對木衛一的紅外圖像顯示了卡內赫基利波動（Kanehekili Fluctus）（中）和洛基帕特拉（Loki Patera）（右）的熱火山噴發。圓圈勾勒出月球表面。資料來源：Imke de Pater，加州大學伯克利分校

在第二篇已被美國地球物理聯盟刊物《JGR：行星》接受發表的論文中，de Pater 和她的同事們報告了新的Webb 對木衛一的觀測結果，其中顯示了幾次正在進行的噴發，包括一個名為Loki Patera 的火山群的增亮，以及Kanehekili Fluctus 的異常明亮的噴發。由於木衛一是太陽系中唯一一顆火山活躍的衛星–木星的引力推力和拉力使其升溫–類似的研究為行星科學家提供了一個與研究地球火山不同的視角。

韋伯將在8 月份用近紅外望遠鏡再次觀測木衛二。即將進行的觀測和之前於2022年11月15日進行的觀測都是在木衛一處於木星陰影中時進行的，因此木星反射的光不會遮蓋木衛一發出的光。

德-帕特還指出，洛基帕泰拉火山的變亮與觀測到的火山噴發期一致，平均每500 個地球日就會變亮一次，持續時間為幾個月。她之所以這樣判斷，是因為她在2022年8月和9月用凱克望遠鏡觀測月球時，月球並不明亮，而另一位天文學家在2022年4月至7月觀測月球時，月球也不明亮。只有JWST 捕捉到了這一事件。

她說：”韋伯望遠鏡的觀測結果表明，實際上噴發已經開始，它比我們在9 月份看到的要亮得多。”

雖然德帕特主要關注的是木衛三系統–它的星環、小衛星以及較大的衛星木衛三和木衛四–但她和由大約80名天文學家組成的早期科學團隊的其他成員也在利用JWST研究土星、天王星和海王星的行星系統。