Ganymede's hydrogen corona and FUV albedo from HST/STIS images

• Main Author: Alday Parejo, Juan
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Rymd- och plasmafysik 2017
• Subjects: Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-223964

Ganymedes är största månen i vårt Solsystem, och är ett föremål för intensiv vetenskaplig forskning under senaste decenier. Sedan 1998, STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) instrumentet ombord rymdteleskopet Hubble (HST) har observerat Ganymedes i UV ljus med våglängder mellan 1150 Å och 1730 Å i fem olika omgångar. Bilder av månen har tagits när Ganymedes var i olika positioner i sin bana. Detta gör det möjligt att jämföra båda hemisfärer av månen, och att undersöka eventuell tidsvariation. I denna rapport HST/STIS observationer av Ganymedes analyseras med målsättningen att undersöka månens exosfär bestående av atomär syre samt månens albedo i FUV våglänger. Väteexosfären, också kallad korona, förväntas sprida Lyman- ljuset vid 1216 Å, som kan observeras av STIS. Observationer i denna våglängd analyseras och en modell är framtagen för olika källor som bidrar vid denna våglängd. En uppskattning görs också av en eventuell absorption av Ganymedes emissioner i Jordens övre atmosfär, som kan uppgå till 85%. Jämförelse av modellen med bilder från HST/STIS tyder på att Ganymedes har en väteexosfär med ytdensiteten av (2-8) 103 cm􀀀3. Under Hubble kampanj 13328 har däremot betydligt lägre antal väteatomer detekterats, som kan bero på skillnader i magnetosfäriska omgivningen av månen jämfört med tidigare observationer. FUV albedo av månens yta har undersökts genom jämförelser av reflektansen vid olika våglängder, inklusive eventuella skillnader mellan olika hemisfärer. Vi finner att bakre (i förhållande till rörelsen i banan, som månen är låst i) hemisfären är ljusare än främre hemisfären för < 1600 Å. För längre våglängder, > 2000 Å, har motsatta resultat rapporterats tidigare, där främre hemisfären var ljusare. Detta tyder på att Ganymedes ytreflektans har en spektral inversion mellan 1600-2000 Å. Vi noterar även att ytreflektansen ökar med kortare våglängd för < 1400 Å, som kan bero på att ytans växelverkan med rymdpartiklar. === Ganymede, the largest moon in our Solar System, has been a target for intensive scientific research during the past decades. Since 1998, the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) onboard of the Hubble Space Telescope (HST) has observed it in five different HST campaigns, operating in a wavelength range between 1150-1730 Å. The images were obtained when Ganymede was located at different orbital phase, providing information about both the trailing and leading hemispheres, and allowing for the search of potential hemispherical and time variability. Here, we analyze Ganymede’s HST/STIS observations in the search for a hydrogen exosphere and the study of the far-ultraviolet (FUV) albedo at different wavelengths. The hydrogen corona is expected to scatter sunlight at the Lyman- wavelength (1216 Å), which is within STIS’ spectral range. We analyze the observations at this particular wavelength, and derive models for the different sources of emission that are expected to contribute to the signal. We also estimate the potential extinction of Ganymede’s coronal emissions in the Earth’s upper atmosphere, which can be up to 85%. The comparison between the HST/STIS images and the model allows us to detect the hydrogen exosphere, which we estimate to be in a range of approximately (2-8) 103 cm􀀀3. The atomic hydrogen abundance in Ganymede’s atmosphere during HST campaign 13328 appears to be significantly lower, which could be related to differences in the plasma magnetospheric environment. We study Ganymede’s FUV albedo comparing the reflectance at different wavelengths, and potential difference between leading and trailing hemispheres. We find out that the trailing hemisphere is brighter than the leading side for < 1600 Å. This dichotomy is opposite to the previous results reported for > 2000 Å, where the leading hemisphere is actually brighter. Hence, there is a spectral inversion of Ganymede’s surface reflectivity at some wavelength in the range 1600-2000 Å. We also find out that the reflectivity of the surface increases for < 1400 Å, which might be related to space weathering processes on the surface.