Спутник Юпитера Ио выделяется среди других спутников Солнечной системы. На нем расположено более 400 действующих вулканов, а на его поверхности возвышается более 100 массивных вулканических гор, некоторые из которых выше Эвереста. Поверхность Ио окрашена в красный, желтый и оранжевый цвета из-за богатых серой выбросов этих вулканов. Поверхность также усеяна застывшими лавовыми озерами, самое большое из которых достигает 200 км в поперечнике. И все это происходит в мире, который всего на четверть больше Земли.
Скромный вулканизм на Земле подпитывается внутренним теплом из двух источников: первичным теплом, оставшимся после формирования планеты, и теплом, выделяющимся при радиоактивном распаде элементов в мантии и коре. Но Ио находится в гораздо более опасном положении.
Ио участвует в своеобразном перетягивании каната. Ее то в одну сторону, то в другую тянет мощная гравитационная сила Юпитера и совокупное гравитационное воздействие трех других галилеевых спутников — Каллисто, Ганимеда и Европы. Все эти мощные силы почти полностью подавляют Ио, постоянно растягивая и деформируя тело спутника. В результате Ио дополнительно нагревается, что усиливает и поддерживает интенсивную вулканическую активность.
Исследователи, работающие с JWST, дважды наблюдали за Ио — в 2022 и 2023 годах — чтобы собрать новую информацию об этом уникальном мире. Их результаты представлены в новом исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Planets под названием «Первое обнаружение серы в ближнем инфракрасном диапазоне при наблюдении за Ио в затмении с помощью JWST, а также сравнение с выбросами серы и оксида серы, наблюдавшимися в ультрафиолетовом диапазоне с помощью HST-STIS». Ведущий автор исследования — Имке де Патер, профессор астрономии в Калифорнийском университете в Беркли.
Горячая нимфа Ио
Как и на Земле и других каменистых телах внутренней части Солнечной системы, в коре и мантии Ио преобладает кремнезем. Но ученые полагают, что там есть и небольшое количество серы, выбросы которой помогут изучить внутреннее строение спутника и понять его вулканическую активность. Сера встречается гораздо реже, чем другие компоненты Ио, но она легко вступает в реакцию с такими веществами, как железо и кислород. Когда расплавленный материал из мантии Ио поднимается на поверхность, он несет с собой серу, по количеству и молекулярным формам серы можно делать выводы о том, что происходит в недрах спутника.
Вулканическая активность Ио приводит к постоянной изменчивости поверхности. Новые снимки показывают, что на крупнейшем лавовом озере, кратере Локи, за последние пару десятилетий сформировалась новая корка. Потоки лавы, образовавшиеся в результате извержения в 2022 году в районе Канехекилие, распространились на более чем 4300 квадратных километров поверхности. С тех пор поток лавы увеличился в четыре раза.
Наблюдения с помощью JWST коснулись не только изменения характеристик вулканической поверхности. Они являются частью продолжающегося исследования выбросов серы и вулканических «горячих точек». Как следует из названия исследования, ученые впервые обнаружили [SI] на Ио. [SI] — это нейтральные атомы серы, и их обнаружение наряду с обнаружением монооксида серы (SO) позволяет заглянуть в условия и процессы, определяющие вулканическую природу спутника. Эти наблюдения также иллюстрируют крайне непростые отношения спутника с массивным Юпитером.
Как оказалось, инфракрасное излучение [SI] исходит не от вулканов Ио. Оно возникает в результате столкновения атомов со свободными с электронами. Откуда берутся эти электроны?
Пленница Юпитера
Ио, по сути, находится в рабстве у Юпитера. Юпитер не только намного массивнее Ио, но и обладает чрезвычайно мощной магнитосферой. Ио окружает нейтральное облако атомов, которые ионизируются под воздействием магнитосферы Юпитера. В результате образуется тор из ионизированных атомов, который вращается вокруг Юпитера на расстоянии, равном орбите Ио. Это и есть источник электронов, которые генерируют излучение [SI]. Электроны бомбардируют атмосферную серу Ио, образовавшуюся в результате вулканической активности, генерируя инфракрасное свечение.
Эта работа подтверждает некоторые наблюдения, сделанные «Хабблом» 20 лет назад. Оно демонстрирует, что, несмотря на интенсивную и непрерывную вулканическую активность Ио, атмосфера спутника и плазменный тор на удивление стабильны.
Исследование также показало, что молекулы SO в возбужденном состоянии поступают непосредственно из жерл вулканов, поскольку они были обнаружены над Kanehekili Fluctus, местом недавнего извержения. Это подтверждает гипотезу 20-летней давности, выдвинутую де Патером и его коллегами. Они назвали это явление называется термическим излучением при вулканических выбросах, в то время как излучение [SI] возникает в результате взаимодействия с магнитосферой. Сигналы оксида серы важны для ученых, поскольку позволяет напрямую оценить температуру вулканической системы Ио. Они показывают, что вулканы Ио невероятно мощные и горячие.
В совокупности полученные результаты демонстрируют, что атмосфера Ио формируется под сильным влиянием как вулканических, так и магнитосферных процессов, что является следствием тесной связи с Юпитером. Это единственное тело в Солнечной системе, на которое эти силы оказывают такое огромное влияние. Это еще одна причина, по которой спутник уникален и заслуживает тщательного изучения.
О том, как студенты нашли способ раскрыть тайны спутника Юпитера Ио, читайте здесь.
