韋伯太空望遠鏡探測到土衛二噴射出的6000英里高的水柱

來自土星衛星土衛二的水蒸氣羽流橫跨6000多英里--幾乎相當于從加州洛杉磯到阿根廷布宜諾斯艾利斯的距離--已經被使用美國宇航局詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的研究人員發現。這不僅是第一次在如此廣闊的距離上看到這樣的水排放，而且韋伯還讓科學家們第一次直接看到這種排放是如何為整個土星系統及其環提供水供應的。

藝術家對卡西尼號航天器飛過土星衛星恩克拉多斯南極噴發的煙羽的印象。這些羽流很像間歇泉，噴出的是水蒸氣、冰粒、鹽、甲烷和其他有機分子的組合。資料來源：NASA/JPL-Caltech

土衛二是一個海洋世界，面積約為地球的4%，直徑僅313英里，是我們太陽系中尋找地球以外生命的最令人興奮的科學目標之一。夾在月球的冰冷外殼和巖石核心之間的是一個全球性的咸水庫。間歇泉式的火山從月球表面的縫隙中噴出冰粒、水蒸氣和有機化學物，被非正式地稱為"老虎條紋"。

以前，觀測站在距離月球表面數百英里的地方繪制了噴流圖，但是韋伯的精致靈敏度揭示了一個新的故事。

使用美國宇航局詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的研究人員最近發現了一個從月球南極噴出的羽流，其大小是月球本身的20倍以上。這個動畫說明了月球的水柱是如何為行星的環形山提供水源的。通過分析韋伯的數據，天文學家已經確定大約30%的水停留在這個環狀體中，而另外70%的水則逃逸出來，為圖形系統的其他地方提供水。資料來源：Leah Hustak (STSCI), NASA, ESA, CSA, Geronimo Villanueva, Alyssa Pagan (STSCI)

"當我在看數據的時候，起初，我在想我一定是錯的。探測到一個超過月球20倍大小的水柱實在是太令人震驚了，"領銜作者、位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的杰羅尼莫-維拉努瓦說。"水柱的延伸遠遠超過了它在南極的釋放區域"。

水柱的長度并不是引起研究人員興趣的唯一特征。水蒸氣涌出的速度，大約每秒79加侖，也特別令人印象深刻。按照這個速度可以在短短幾個小時內填滿一個奧林匹克大小的游泳池。相比之下，在地球上用花園水管這樣做需要兩個多星期。

卡西尼號軌道飛行器花了超過十年的時間探索土星系統，不僅首次對土衛二的煙羽進行了成像，而且直接飛過它們，對它們的構成進行了采樣。雖然卡西尼號在土星系統內的位置為這個遙遠的衛星提供了寶貴的見解，但韋伯從距離地球100萬英里的日地拉格朗日點上的獨特視角，以及其NIRSpec（近紅外光譜儀）儀器上的積分場單元（見下面的視頻）的顯著敏感性，正在提供新的背景。

"土衛二"圍繞土星的軌道相對較快，只有33小時。Villanueva說："當它繞著土星呼嘯而過時，這顆衛星和它的噴射器基本上是在吐水，在它的后面留下一個光環，幾乎就像一個甜甜圈。"在韋伯的觀測中，不僅羽流巨大，而且到處都是水。"

這個出現在'各處'的模糊的水的甜甜圈，被描述為一個環，與土星的最外側和最寬的環--密集的"E環"--共同定位在一起。

韋伯的觀測結果直接證明了月球的水蒸氣羽流如何為環狀體提供能量。通過分析韋伯的數據，天文學家已經確定大約有30%的水停留在這個環內，而另外70%的水則逃逸出來，供應給星期六系統的其他地方。

在未來幾年，韋伯將作為海洋衛星土衛二的主要觀測工具，韋伯的發現將有助于為未來的太陽系衛星任務提供信息，這些任務將尋求探索地下海洋的深度，冰殼的厚度，以及更多。

美國宇航局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的精致靈敏度和高度專業化的儀器正在揭示土星的一顆衛星如何為這顆環狀行星的整個系統提供水源的細節。土衛二是在我們太陽系其他地方尋找生命的主要候選者，是一顆小衛星，約為地球的4%大小。來自韋伯的NIRSpec（近紅外光譜儀）的新圖像顯示了一個從土衛二南極噴射出來的水蒸氣羽流，延伸出超過該衛星本身大小的20倍。近紅外光譜儀上的整體場裝置（IFU）也提供了關于土衛二的水如何滋養其周圍環境的見解。

土衛二在短短33個小時內圍繞土星運行，在運行過程中，它噴出水并在其身后留下一個環形或"甜甜圈"的物質。這個環狀體在上圖中用淺藍色描述。

韋伯的IFU是相機和攝譜儀的組合。在IFU觀測期間，儀器會捕捉到視場的圖像，以及視場中每個像素的單獨光譜。IFU觀測使天文學家能夠研究屬性--在這種情況下的組成--是如何在一個空間區域內的不同位置上變化的。

韋伯的IFU的獨特敏感性使研究人員能夠探測到許多來自土衛二周圍的環狀體和羽流本身的水線。這種同時收集來自羽流和環狀體的光譜，使研究人員能夠更好地了解它們之間的密切關系。在這個光譜中，白線是來自韋伯的數據，水發射的最佳擬合模型以不同的顏色疊加在一起--紫色代表羽流，綠色代表月球本身的中心區域，而紅色代表周圍的環狀體。

資料來源：Geronimo Villanueva (NASA-GSFC), NASA, ESA, CSA, STScI, Leah Hustak (STScI)

"現在，韋伯提供了一種獨特的方式來直接測量水是如何在土衛二的巨大羽流中隨時間演變和變化的，正如我們在這里看到的，我們甚至會有新的發現，并了解更多關于底層海洋的組成，"美國宇航局戈達德的共同作者Stefanie Milam補充說。"由于韋伯的波長覆蓋面和靈敏度，以及我們從以前的任務中所了解到的情況，我們面前有一個全新的機會之窗。"

韋伯對土衛二的觀測是在保證時間觀測（GTO）計劃1250下完成的。該計劃的最初目標是證明韋伯在某一特定科學領域的能力，并為未來的研究奠定基礎。

"這個計劃基本上是在開發觀測站多年后的概念驗證，所有這些科學已經從相當短的觀測時間中產生，這實在令人激動，"天文學研究大學協會的Heidi Hammel，韋伯跨學科科學家和GTO計劃的領導者說。

該團隊的成果最近被接受，將于5月17日在《自然-天文學》上發表。