Para ilmuwan telah lama mencurigai adanya atmosfer yang sangat langka di satelit alami Jupiter yang sangat besar ini. Sampai baru-baru ini, diasumsikan bahwa itu terdiri dari oksigen, yang dihancurkan oleh partikel bermuatan dari permukaan es Ganymede. Data baru menunjukkan bahwa ada mekanisme lain untuk mengisi kembali selubung gasnya dengan materi - dalam proses sublimasi air akibat pemanasan oleh sinar matahari.
Ganymede adalah subjek yang menarik untuk penelitian. Ini adalah yang terbesar dari semua bulan dari planet-planet di tata surya. Ukurannya lebih besar dari Merkurius, meskipun lebih dari dua kali lebih ringan dari planet berbatu. Dan dibandingkan dengan Bulan yang jauh dari kecil, objek ini tampak sangat kolosal - lebih dari dua kali lebih besar dari satelit alami. Berkat karakteristik yang mengesankan seperti itu, Ganymede lebih terlihat seperti sebuah planet: ia memiliki medan magnetnya sendiri dan perutnya yang berbeda. Jadi pertanyaan tentang keberadaan atmosfer, meskipun sangat jarang, muncul sejak lama.
Dia ditemukan dengan instrumen berbasis darat pada tahun 1972, ketika Ganymede meliput bintang itu. Kemudian tekanan permukaan pada satelit ini diperkirakan sebesar 0,1 pascal. Namun demikian, hanya tujuh tahun kemudian, data dari pesawat ruang angkasa Voyager 1 yang terbang melewati sistem Jupiter mengurangi antusiasme para astronom. Instrumen probe telah menentukan batas atas konsentrasi molekul pada permukaan Ganymede, tipikal untuk tekanan gas tidak lebih dari 2,5 mikropascal. Dan ini hampir lima kali lipat lebih sedikit materi. Penyempurnaan ini semakin berharga karena dibuat berkat pengukuran dalam rentang ultraviolet jauh, dan bukan dalam cahaya tampak, yang memberikan gambaran yang jauh lebih jelas.
Hingga tahun 1995, informasi baru tentang atmosfer Ganymede tidak dapat diperoleh. Namun Teleskop Luar Angkasa Hubble telah memberikan data baru. Dia menemukan konsentrasi molekul oksigen (O2) yang lemah dalam batas yang sebelumnya ditetapkan oleh Voyager. Pengukuran ini mungkin dilakukan tiga tahun kemudian, ketika peralatan dekat bumi menerima instrumen baru. Pada saat yang sama, sedikit keanehan menjadi jelas: beberapa garis spektral melampaui batas karakteristik oksigen molekuler.
Menafsirkan hasil ini, para ilmuwan memutuskan bahwa beberapa gas di atas permukaan Ganymede adalah atom oksigen. Atmosfer yang dijernihkan ini diisi kembali oleh partikel berenergi tinggi dari angin matahari yang menembus magnetosfer satelit dan menjatuhkan molekul atau atom dari es air. Hidrogen sangat ringan dan segera menguap, tetapi oksigen berhasil bertahan untuk waktu yang singkat. Konsentrasinya cukup untuk beberapa elektron yang ditangkap oleh garis-garis medan magnet Ganymede dan Jupiter untuk membangkitkan atom individu, yang, pada gilirannya, memancarkan foton. Faktanya, dari aurora ini dalam kisaran ultraviolet, "Hubble" dan "melihat" oksigen yang diinginkan.
Namun, tim internasional yang dipimpin oleh astrofisikawan Swedia Lorenz Roth memutuskan untuk mempelajari masalah ini sedikit lebih dalam. Dalam penelitian mereka, para ilmuwan menggabungkan data arsip dari dua instrumen Hubble yang berbeda, serta pengamatan yang relatif baru dari 2018, dan menganalisisnya bersama. Hasil penelitian tersebut dipublikasikan dalam jurnal Nature Astronomy. Penulis karya ilmiah adalah spesialis dari Royal Technological Institute (Swedia) dan Southwest Research Institute (AS), serta universitas Cologne (Jerman) dan Liege (Prancis).
Pandangan yang lebih rinci pada jumlah pengukuran spektral dan gambar yang mengesankan dalam kisaran ultraviolet memungkinkan para ahli untuk mengklarifikasi komposisi atmosfer Ganymede. Selain molekul oksigen, juga mengandung uap air, yang ditemukan oleh Hubble pada tahun 1998. Tetapi kemudian para ilmuwan tidak memiliki cukup data untuk menetapkan hal ini secara akurat, jadi mereka memilih opsi yang lebih mungkin (oksigen atom). Kesimpulan ini lebih disukai juga karena mekanisme pembentukan gas yang diusulkan - merobohkan molekul dan atom dari es air - tidak dapat menjelaskan keberadaan uap di atmosfer.
Namun berkat sejumlah besar data yang juga dikumpulkan selama pengamatan jangka panjang, tim Roth yakin bahwa ada relatif banyak uap di permukaan Ganymede, dan itu muncul sebagai hasil dari sublimasi air dari es.. Faktanya adalah bahwa pada siang hari, suhu permukaan bulan terbesar Jupiter berfluktuasi dalam batas yang signifikan. Di sisi yang diterangi oleh Matahari, kondisi muncul ketika ada cukup panas untuk mentransfer beberapa molekul air dari padat ke gas. Tidak, tidak pernah ada suhu plus di sana, tetapi dalam kondisi yang mendekati vakum absolut, proses ini dimulai bahkan hanya pada seratus kelvin.
Penemuan ini sangat menambah perbendaharaan pengetahuan manusia tentang bulan-bulan es Jupiter, terutama mengingat peluncuran misi JUICE yang akan segera terjadi. Misi peralatan ini, yang dibuat oleh Badan Antariksa Eropa, adalah untuk mempelajari raksasa gas itu sendiri dan tiga satelit Galilea: Ganymede, Callisto, dan Europa. Awal dijadwalkan untuk 2022, dan awal kampanye penelitian dijadwalkan untuk 2029. Ketertarikan para ilmuwan pada satelit terbesar Jupiter dijelaskan oleh kondisi yang sangat menguntungkan bagi munculnya kehidupan di sana. Jadi, di Ganymede dan Eropa, keberadaan lautan air cair di bawah permukaan dikonfirmasi dengan sangat andal, dan di Callisto dicurigai.