通过 Ganyymede 紫外极光观测约束电子冲击 O$_2$ 离子化

虽然 Ganyymede 大气中 O$_2$ 的光离子化速率已得到良好约束，但电子冲击离子化的贡献仍不确定。以往的定量估计依赖于对降落电子密度和能量分布的假设，或依赖于无法明确映射到离子化区域的稀有航天测量。本研究提出了一种通过 OI 1356 \r{A} 发射亮度观测直接定量电子冲击离子化速率的新方法。分析测得的交叉截面后发现，离子化-激发比率在所有电子能量下均受限于10-60，从而将离子化速率估计不确定性降低到小于6。我们将此方法应用于 Juno UVS 对 Ganyymede 极光的观测。我们发现，Ganyymede 极光环的 OI 1356 \r{A} 亮度可由宽度为3-5{\deg} 的高斯分布描述，其峰值平均为120 R。极光外区域（极地和赤道背景区域）的平均亮度约为8 R。据此推导出电子冲击离子化速率的全球分布图，其速度至少比光离子化快一个数量级。估计的总体离子化速率为 1.3-7.6$\times$10$^{26}$ s$^{-1}$，其中极光区域的平均列速率约为5$\times$10$^{9}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$，背景区域约为3$\times$10$^{8}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$。将射电遮挡测量与预测的电子密度进行比较，表明传输过程是 Ganyymede 离子层中主要的损失机制。离子外流速率为 0.1-2$\times$10$^{26}$ s$^{-1}$ 或 0.5-11 kg s$^{-1}$，表明 Ganyymede 表面冰层的侵蚀率为 0.03-0.5 cm Myr$^{-1}$。