韦伯太空望远镜探测到土卫二喷射出的6000英里高的水柱

来自土星卫星土卫二的水蒸气羽流横跨6000多英里--几乎相当于从加州洛杉矶到阿根廷布宜诺斯艾利斯的距离--已经被使用美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的研究人员发现。这不仅是第一次在如此广阔的距离上看到这样的水排放，而且韦伯还让科学家们第一次直接看到这种排放是如何为整个土星系统及其环提供水供应的。

艺术家对卡西尼号航天器飞过土星卫星恩克拉多斯南极喷发的烟羽的印象。这些羽流很像间歇泉，喷出的是水蒸气、冰粒、盐、甲烷和其他有机分子的组合。资料来源：NASA/JPL-Caltech

土卫二是一个海洋世界，面积约为地球的4%，直径仅313英里，是我们太阳系中寻找地球以外生命的最令人兴奋的科学目标之一。夹在月球的冰冷外壳和岩石核心之间的是一个全球性的咸水库。间歇泉式的火山从月球表面的缝隙中喷出冰粒、水蒸气和有机化学物，被非正式地称为"老虎条纹"。

以前，观测站在距离月球表面数百英里的地方绘制了喷流图，但是韦伯的精致灵敏度揭示了一个新的故事。

使用美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的研究人员最近发现了一个从月球南极喷出的羽流，其大小是月球本身的20倍以上。这个动画说明了月球的水柱是如何为行星的环形山提供水源的。通过分析韦伯的数据，天文学家已经确定大约30%的水停留在这个环状体中，而另外70%的水则逃逸出来，为图形系统的其他地方提供水。资料来源：Leah Hustak (STSCI), NASA, ESA, CSA, Geronimo Villanueva, Alyssa Pagan (STSCI)

"当我在看数据的时候，起初，我在想我一定是错的。探测到一个超过月球20倍大小的水柱实在是太令人震惊了，"领衔作者、位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的杰罗尼莫-维拉努瓦说。"水柱的延伸远远超过了它在南极的释放区域"。

水柱的长度并不是引起研究人员兴趣的唯一特征。水蒸气涌出的速度，大约每秒79加仑，也特别令人印象深刻。按照这个速度可以在短短几个小时内填满一个奥林匹克大小的游泳池。相比之下，在地球上用花园水管这样做需要两个多星期。

卡西尼号轨道飞行器花了超过十年的时间探索土星系统，不仅首次对土卫二的烟羽进行了成像，而且直接飞过它们，对它们的构成进行了采样。虽然卡西尼号在土星系统内的位置为这个遥远的卫星提供了宝贵的见解，但韦伯从距离地球100万英里的日地拉格朗日点上的独特视角，以及其NIRSpec（近红外光谱仪）仪器上的积分场单元（见下面的视频）的显著敏感性，正在提供新的背景。

"土卫二"围绕土星的轨道相对较快，只有33小时。Villanueva说："当它绕着土星呼啸而过时，这颗卫星和它的喷射器基本上是在吐水，在它的后面留下一个光环，几乎就像一个甜甜圈。"在韦伯的观测中，不仅羽流巨大，而且到处都是水。"

这个出现在'各处'的模糊的水的甜甜圈，被描述为一个环，与土星的最外侧和最宽的环--密集的"E环"--共同定位在一起。

韦伯的观测结果直接证明了月球的水蒸气羽流如何为环状体提供能量。通过分析韦伯的数据，天文学家已经确定大约有30%的水停留在这个环内，而另外70%的水则逃逸出来，供应给星期六系统的其他地方。

在未来几年，韦伯将作为海洋卫星土卫二的主要观测工具，韦伯的发现将有助于为未来的太阳系卫星任务提供信息，这些任务将寻求探索地下海洋的深度，冰壳的厚度，以及更多。

美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜的精致灵敏度和高度专业化的仪器正在揭示土星的一颗卫星如何为这颗环状行星的整个系统提供水源的细节。土卫二是在我们太阳系其他地方寻找生命的主要候选者，是一颗小卫星，约为地球的4%大小。来自韦伯的NIRSpec（近红外光谱仪）的新图像显示了一个从土卫二南极喷射出来的水蒸气羽流，延伸出超过该卫星本身大小的20倍。近红外光谱仪上的整体场装置（IFU）也提供了关于土卫二的水如何滋养其周围环境的见解。

土卫二在短短33个小时内围绕土星运行，在运行过程中，它喷出水并在其身后留下一个环形或"甜甜圈"的物质。这个环状体在上图中用浅蓝色描述。

韦伯的IFU是相机和摄谱仪的组合。在IFU观测期间，仪器会捕捉到视场的图像，以及视场中每个像素的单独光谱。IFU观测使天文学家能够研究属性--在这种情况下的组成--是如何在一个空间区域内的不同位置上变化的。

韦伯的IFU的独特敏感性使研究人员能够探测到许多来自土卫二周围的环状体和羽流本身的水线。这种同时收集来自羽流和环状体的光谱，使研究人员能够更好地了解它们之间的密切关系。在这个光谱中，白线是来自韦伯的数据，水发射的最佳拟合模型以不同的颜色叠加在一起--紫色代表羽流，绿色代表月球本身的中心区域，而红色代表周围的环状体。

资料来源：Geronimo Villanueva (NASA-GSFC), NASA, ESA, CSA, STScI, Leah Hustak (STScI)

"现在，韦伯提供了一种独特的方式来直接测量水是如何在土卫二的巨大羽流中随时间演变和变化的，正如我们在这里看到的，我们甚至会有新的发现，并了解更多关于底层海洋的组成，"美国宇航局戈达德的共同作者Stefanie Milam补充说。"由于韦伯的波长覆盖面和灵敏度，以及我们从以前的任务中所了解到的情况，我们面前有一个全新的机会之窗。"

韦伯对土卫二的观测是在保证时间观测（GTO）计划1250下完成的。该计划的最初目标是证明韦伯在某一特定科学领域的能力，并为未来的研究奠定基础。

"这个计划基本上是在开发观测站多年后的概念验证，所有这些科学已经从相当短的观测时间中产生，这实在令人激动，"天文学研究大学协会的Heidi Hammel，韦伯跨学科科学家和GTO计划的领导者说。

该团队的成果最近被接受，将于5月17日在《自然-天文学》上发表。