Najważniejsze odkrycia astronomiczne w historii eksploracji kosmosu związane są z nazwą Galileo Galilei. To dzięki utalentowanym i wytrwałym Włochom świat w 1610 roku dowiedział się o istnieniu czterech księżyców Jowisza. Początkowo te niebiańskie obiekty otrzymały wspólną nazwę - satelity Galileusza. Później każdy z nich otrzymał imię: Io, Europa, Ganymede i Callisto. Każdy z czterech największych satelitów Jowisza jest interesujący na swój sposób, ale jest to satelita Io, który wyróżnia się spośród innych galilejskich satelitów. To ciało niebieskie jest najbardziej egzotyczne i niezwykłe spośród innych obiektów Układu Słonecznego.
Co jest niezwykłego w satelicie Io?
Już za pomocą jednej obserwacji przez teleskop satelita Io wyróżnia się wśród innych satelitów Układu Słonecznego. Zamiast zwykłej szarej i błotnistej powierzchni ciało niebieskie ma jasnożółty dysk. Przez 400 lat człowiek nie mógł znaleźć przyczyny tak niezwykłego koloru powierzchni satelity Jowisza. Dopiero pod koniec XX wieku, dzięki lotom automatycznych sond kosmicznych do gigantycznego Jowisza, możliwe było uzyskanie informacji o satelitach Galileusza. Jak się okazało, Io jest prawdopodobnie najbardziej wulkanicznie aktywnym obiektem układu słonecznego pod względem geologicznym. Potwierdziła to ogromna liczba aktywnych wulkanów odkrytych na satelicie Jowisza. Do tej pory zidentyfikowali około 400 osób i znajdują się na obszarze, który jest 12 razy mniejszy niż obszar naszej planety.
Powierzchnia satelity Io to 41,9 metrów kwadratowych. kilometrów Ziemia ma powierzchnię 510 milionów km, a na jej powierzchni znajduje się obecnie 522 aktywnych wulkanów.
Pod względem wielkości wiele wulkanów Io przekracza wielkość ziemskich wulkanów. W zależności od intensywności erupcji, czasu ich trwania i mocy, aktywność wulkaniczna na satelicie Jowisza przekracza podobne wskaźniki naziemne.
Niektóre wulkany tego satelity emitują ogromną ilość trujących gazów na wysokość 300-500 km. W tym samym czasie powierzchnia najbardziej niezwykłego satelity Układu Słonecznego Io to rozległa równina, w środku której znajduje się ogromny pasmo górskie, podzielone przez ogromne strumienie lawy. Średnia wysokość formacji górskich na Io wynosi 6-6,5 km, ale są tu również szczyty górskie o wysokości ponad 10 km. Na przykład góra South Boosavla ma wysokość 17-18 km i jest najwyższym szczytem układu słonecznego.
Prawie cała powierzchnia satelity jest wynikiem wielowiekowych erupcji. Zgodnie z instrumentalnymi badaniami przeprowadzonymi z sondy kosmicznej Voyager-1, Voyager-2 i innych urządzeń, głównym materiałem powierzchni satelity Io jest zamrożona siarka, dwutlenek siarki i popiół wulkaniczny. Dlaczego tak wiele kolorowych powierzchni na powierzchni satelity? Wynika to z faktu, że aktywny wulkanizm stale tworzy charakterystyczny kontrast barwy powierzchni satelity Io. Obiekt może zmienić kolor jasnożółty na biały lub czarny na krótki czas. Produkty erupcji wulkanów tworzą cienki i niejednorodny skład atmosfery satelity.
Taka aktywność wulkaniczna jest spowodowana osobliwością struktury ciała niebieskiego, która jest stale narażona na działanie pływowe pola grawitacyjnego planety macierzystej i działanie innych dużych satelitów Jowisza, Europy i Ganimedesa. W wyniku wpływu grawitacji kosmicznej w wnętrzu satelity, tarcie powstaje pomiędzy skorupą a warstwami wewnętrznymi, powodując naturalne nagrzewanie materii.
Dla astronomów i geologów, którzy badają strukturę obiektów w Układzie Słonecznym, Io jest rzeczywistym i aktywnym poligonem doświadczalnym, w którym zachodzą procesy charakterystyczne dla wczesnego okresu powstawania naszej planety. Naukowcy z wielu dziedzin nauki starannie dziś badają geologię tego ciała niebieskiego, czyniąc z wyjątkowego satelity Jowisza obiekt szczególnej uwagi.
Interesujące fakty o satelicie Io
Najbardziej geologicznie aktywne ciało niebieskie w układzie słonecznym ma średnicę 3630 km. Wymiary Io nie są tak duże w porównaniu do innych satelitów w Układzie Słonecznym. Pod względem parametrów satelita zajmuje skromne czwarte miejsce, wyprzedzając ogromnego Ganimedesa, Tytana i Callisto. Średnica Io wynosi tylko 166 km. przekracza średnicę Księżyca - satelitę Ziemi (3474 km).
Satelita jest najbliżej matki planety. Odległość od Io do Jowisza wynosi tylko 420 tysięcy km. Orbita ma prawie prawidłową formę, różnica między peryhelium a apogelium wynosi tylko 3400 km. Obiekt pędzi na okrągłej orbicie wokół Jowisza z ogromną prędkością 17 km / s, wykonując pełny obrót wokół niego w ciągu 42 ziemskich godzin. Ruch na orbicie jest zsynchronizowany z okresem rotacji Jowisza, więc Io jest zawsze zwracany do niego przez tę samą półkulę.
Główne parametry astrofizyczne ciała niebieskiego są następujące:
- Masa Io wynosi 8,93x1022 kg, co stanowi 1,2 krotność masy Księżyca;
- gęstość satelity wynosi 3,52 g / cm3;
- przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni Io wynosi 1,79 m / s2.
Obserwując pozycję Io na nocnym niebie, łatwo jest określić szybkość jego ruchu. Ciało niebieskie nieustannie zmienia swoją pozycję względem dysku planetarnego planety matki. Pomimo dość imponującego pola grawitacyjnego satelity, Io nie jest w stanie utrzymać stałej, gęstej i jednorodnej atmosfery. Cienka otoczka gazowa wokół księżyca Jowisza jest praktycznie kosmiczną próżnią, nie zapobiega uwalnianiu się produktów erupcji do przestrzeni kosmicznej. Wyjaśnia to ogromną wysokość filarów wyrzucania wulkanu występujących na Io. W przypadku braku normalnej atmosfery na powierzchni satelity panują niskie temperatury do -183 ° C. Temperatura ta nie jest jednakowa dla całej powierzchni satelity. W obrazach w podczerwieni uzyskanych z sondy kosmicznej Galileo widoczna była niejednorodność warstwy temperaturowej powierzchni Io.
Niskie temperatury panują na głównej powierzchni ciała niebieskiego. Na mapie temperatury takie obszary są zabarwione na niebiesko. Jednak w niektórych miejscach na powierzchni satelity występują jasne pomarańczowe i czerwone plamki. Są to obszary o największej aktywności wulkanicznej, gdzie erupcje są widoczne i wyraźnie widoczne na zwykłych obrazach. Wulkan Pele i Locke Lava Flow to najgorętsze miejsca na powierzchni satelity Io. Temperatura w tych obszarach waha się od 100-130 ° poniżej zera w skali Celsjusza. Małe czerwone kropki na mapie temperatury to kratery aktywnych wulkanów i miejsc złamania w skorupie. Tutaj temperatura osiąga 1200-1300 stopni Celsjusza.
Struktura satelitarna
Nie mogąc wylądować na powierzchni, naukowcy aktywnie pracują nad modelowaniem struktury księżyca Jowisza. Przypuszczalnie satelita składa się z krzemianowych skał rozrzedzonych żelazem, co jest charakterystyczne dla struktury ziemskich planet. Potwierdza to wysoka gęstość Io, która jest wyższa niż u jej sąsiadów - Ganimedesa, Kallisto i Europy.
Współczesny model, oparty na danych uzyskanych przez sondy kosmiczne, przedstawia się następująco:
- w centrum satelity żelazny rdzeń (siarczan żelaza), stanowiący 20% masy Io;
- płaszcz składający się z minerałów natury asteroidowej znajduje się w stanie półpłynnym;
- ciekła warstwa podpowierzchniowa magmy o grubości 50 km;
- Litosfera satelitarna składa się z związków siarki i bazaltu, osiągając grubość 12-40 km.
Oceniając dane uzyskane w symulacji, naukowcy doszli do wniosku, że rdzeń satelity Io musi mieć stan półpłynny. Jeżeli związki siarki są obecne razem z żelazem, jego średnica może osiągnąć 550-1000 km. Jeśli jest to w pełni metalizowana substancja, rozmiar jądra może wynosić od 350 do 600 km.
Ze względu na fakt, że podczas badań satelitarnych nie wykryto żadnego pola magnetycznego, nie ma procesów konwekcji w rdzeniu satelity. Na tym tle rodzi się naturalne pytanie, jakie są prawdziwe przyczyny tak intensywnej aktywności wulkanicznej, skąd wulkany Io czerpią energię?
Niewielki rozmiar satelity nie pozwala nam powiedzieć, że ogrzewanie jelit ciała niebieskiego odbywa się z powodu reakcji rozpadu radioaktywnego. Głównym źródłem energii wewnątrz satelity jest efekt pływowy jego kosmicznych sąsiadów. Pod wpływem grawitacji Jowisza i sąsiednich satelitów, Io oscyluje, poruszając się po własnej orbicie. Satelita wydaje się kołysać, doświadczając silnej libracji (równomierne kołysanie) podczas ruchu. Te procesy prowadzą do krzywizny powierzchni ciała niebieskiego, powodując termodynamiczne nagrzewanie litosfery. Można to porównać do zgięcia drutu metalowego, który w miejscu zgięcia jest bardzo gorący. W przypadku Io wszystkie te procesy zachodzą w wierzchniej warstwie płaszcza na granicy z litosferą.
Satelita pokryta jest osadami - efektami aktywności wulkanicznej. Ich grubość waha się w granicach 5-25 km w miejscach głównej lokalizacji. W ich kolorze są to ciemne plamy, mocno kontrastujące z jasnożółtą powierzchnią satelity, spowodowane wyładowaniami krzemianowej magmy. Pomimo dużej liczby aktywnych wulkanów, całkowita powierzchnia kaldery wulkanicznej na Io nie przekracza 2% powierzchni satelity. Głębokość kraterów wulkanicznych jest niewielka i nie przekracza 50-150 metrów. Ulga na większości ciała niebieskiego jest płaska. Tylko w niektórych rejonach są masywne łańcuchy górskie, na przykład kompleks wulkanu Pele. Oprócz tej formacji wulkanicznej na Io, odkryto masyw górski wulkanu Pater Ra, łańcuchy górskie i masywy o różnej długości. Większość z nich ma nazwy zgodne z toponimami ziemi.
Wulkany Io i ich atmosfera
Najciekawszymi obiektami satelity Io są jego wulkany. Wielkość obszarów o zwiększonej aktywności wulkanicznej wynosi od 75 do 300 km. Nawet pierwszy Voyager podczas lotu odnotował erupcję ośmiu wulkanów jednocześnie na Io. Kilka miesięcy później zdjęcia zrobione przez sondę Voyager w 1979 roku potwierdziły informację, że erupcje w tych punktach trwają. W miejscu, w którym znajduje się największy wulkan Pele, zarejestrowano najwyższą temperaturę powierzchni, +600 stopni Kelvina.
Późniejsze badania informacji z sond kosmicznych pozwoliły astrofizycy i geologom podzielić wszystkie wulkany Io na następujące typy:
- najliczniejsze wulkany, których temperatura wynosi 300-400 K. Wskaźnik emisji gazów wynosi 500 m / s, a wysokość kolumny emisji nie przekracza 100 km;
- Drugi typ obejmuje najgorętsze i najpotężniejsze wulkany. Tutaj możesz mówić o temperaturach w 1000K w kalderze samego wulkanu. Ten typ charakteryzuje się wysoką prędkością wyrzucania 1,5 km / s, gigantyczna wysokość sułtana gazowego wynosi 300-500 km.
Wulkan Pele należy do drugiego typu, z kalderą o średnicy 1000 km. Depozyty w wyniku erupcji tego giganta zajmują olbrzymi obszar - milion kilometrów. Kolejny obiekt wulkaniczny, Pater Ra, wygląda nie mniej interesująco. Z orbity ta część powierzchni satelity przypomina morskiego głowonoga. Serpentynowy strumień lawy, rozciągający się od miejsca erupcji, rozciągał się na 200-250 km. Radiometry termiczne pojazdów kosmicznych nie pozwalają dokładnie określić charakteru tych przepływów, tak jak ma to miejsce w przypadku obiektu geologicznego Lokiego. Jego średnica wynosi 250 km i najprawdopodobniej to jezioro jest wypełnione stopioną siarką.
Wysoka intensywność erupcji i ogromna skala kataklizmów nie tylko nieustannie zmieniają ulgę satelity i krajobrazu na jego powierzchni, ale także tworzą kopertę gazową - swoistą atmosferę.
Głównym składnikiem atmosfery satelity Jowisza jest dwutlenek siarki. W przyrodzie jest to dwutlenek siarki bez koloru, ale o silnym zapachu. Oprócz dwutlenku siarki w międzywarstwie gazowej Io wykryto tlenek siarki, chlorek sodu, atomy siarki i atomy tlenu.
Dwutlenek siarki na Ziemi jest powszechnym dodatkiem do żywności, który jest szeroko stosowany w przemyśle spożywczym jako środek konserwujący E220.
Cienka atmosfera satelity Io jest nierówna pod względem gęstości i grubości. Ciśnienie atmosferyczne satelity również charakteryzuje się tą niekonsekwencją. Maksymalna wartość ciśnienia atmosferycznego Io wynosi 3 nbar i jest obserwowana w obszarze równika na półkuli, naprzeciwko Jowisza. Minimalne wartości ciśnienia atmosferycznego znajdują się po nocnej stronie satelity.
Sułtany gorących gazów nie są jedyną wizytówką satelity Jowisza. Nawet przy silnie zdyspergowanej atmosferze, zorza polarna może być obserwowana w obszarze równikowym powyżej powierzchni ciała niebieskiego. Te zjawiska atmosferyczne są związane z wpływem promieniowania kosmicznego na naładowane cząstki wchodzące do górnej atmosfery podczas erupcji wulkanów Io.
Badania satelitarne Io
Szczegółowa analiza planet gigantów gazowych i ich systemów rozpoczęła się w latach 1973-74 wraz z misjami sond kosmicznych Pioner-10 i Pioneer-11. Wyprawy te dostarczyły naukowcom pierwszych zdjęć satelity Io, na podstawie których dokonano dokładniejszych obliczeń wielkości ciała niebieskiego i jego parametrów astrofizycznych. Za Pioneerami, dwie amerykańskie sondy kosmiczne, Voyager 1 i Voyager 2, wyruszyły na Jowisza. Drugi oddział zdołał zbliżyć się do Io, jak to było możliwe, z odległości 20 tysięcy km i robić lepsze zdjęcia z bliskiej odległości. To dzięki pracy Voyagera astronomowie i astrofizycy uzyskali informacje o obecności aktywnej aktywności wulkanicznej na tym satelicie.
Misja pierwszych sond kosmicznych, którzy badali kosmos w pobliżu Jowisza, była kontynuowana przez sondę kosmiczną NASA Galileo, uruchomioną w 1989 roku. Po 6 latach statek dotarł do Jowisza, stając się jego sztucznym satelitą. Równolegle z badaniem gigantycznej planety, automatyczna sonda Galileo była w stanie transmitować dane na powierzchnię satelity Io na Ziemię. Podczas lotów orbitalnych z sondy kosmicznej laboratoria ziemskie otrzymywały cenne informacje o strukturze satelity i dane o jego wewnętrznej strukturze.
Po krótkiej przerwie w 2000 r. Sondy kosmiczne NASA i ESA Cassini-Huygens przechwyciły pałeczkę w badaniu najbardziej unikalnego satelity Układu Słonecznego. Badanie i badanie aparatu Io zostało przeprowadzone podczas jego długiej podróży do Tytana - satelity Saturna. Najnowsze dane satelitarne uzyskano za pomocą nowoczesnej sondy kosmicznej New Horizons, która przeleciała w pobliżu Io w lutym 2007 roku w drodze do pasa Kuipera. Nowa partia obrazów zaprezentowana naukowcom w naziemnych obserwatoriach i Kosmicznym Teleskopie Hubble'a.
Obecnie sonda kosmiczna NASA działa na orbicie Jowisza. Oprócz badania Jowisza, jego spektrometr na podczerwień nadal bada aktywność wulkaniczną satelity Io. Dane przekazywane na Ziemię pozwalają naukowcom monitorować aktywne wulkany na powierzchni tego interesującego ciała niebieskiego.
