Спутница Юпитера Ио уникальна среди всех спутников Солнечной системы. На ней насчитывается более 400 действующих вулканов, а её поверхность усеяна более чем 100 массивными вулканическими горами, некоторые из которых выше Эвереста. Поверхность Ио покрыта отложениями серы, богатыми вулканическими выбросами, которые окрашивают спутник в красные, жёлтые и оранжевые оттенки. На ней также есть обширные лавовые озёра, крупнейшее из которых достигает 200 км в поперечнике. И всё это на планете, размер которой составляет всего около четверти размера Земли.
Вулканизм Ио
Вулканизм Земли подпитывается внутренним теплом двух источников: первоначальным теплом, оставшимся после формирования планеты, и теплом от радиоактивного распада элементов в мантии и коре. Но Ио находится в гораздо более опасной ситуации.
Спутник захвачен в своего рода «перетягивание каната». Его притягивает то в одну, то в другую сторону мощная гравитационная сила Юпитера, а также совокупное гравитационное воздействие трёх других галилеевых спутников — Каллисто, Ганимеда и Европы. Эти мощные силы почти подавляют Ио, многократно растягивая и деформируя спутник. Это действие нагревает Ио, создавая и поддерживая её интенсивную вулканическую природу.
Исследования с помощью JWST
Исследователи, работающие с JWST, наблюдали за Ио дважды: в 2022 и 2023 годах, чтобы собрать новую информацию об этом уникальном мире. Их результаты опубликованы в исследовании под названием «First Detection of [SI] in Near-IR JWST Observations of Io in Eclipse, and Comparison With SO Emissions, Evolving Volcanic Eruptions, and Prior UV HST-STIS [SI] Emissions» в журнале «Journal of Geophysical Research: Planets». Ведущий автор — Имке де Патер, профессор астрономии в Калифорнийском университете в Беркли.
Внутреннее строение Ио
Как и на Земле, и на других скалистых внутренних телах Солнечной системы, в коре и мантии Ио преобладает кремнезём. Но учёные полагаются на ничтожное количество присутствующей серы, чтобы раскрыть внутреннее устройство спутника и понять его вулканизм. Сера встречается гораздо реже, чем другие компоненты Ио, но она любит связываться с такими элементами, как железо и кислород. Когда расплавленный материал Ио поднимается на поверхность, он уносит с собой серу, и характеристики серы, такие как её обилие и молекулярная форма, показывают, что происходит под землёй.
Вулканическая активность Ио
Вулканическая активность Ио означает, что её поверхность находится в постоянном движении. На новых снимках видно, что на крупнейшем лавовом озере спутника, Локи Патера, образовалась новая корка, следуя повторяющемуся шаблону за последние пару десятилетий. Потоки лавы от извержения 2022 года в регионе Канехекили спутника покрыли более 4 300 кв. км поверхности. С тех пор поток лавы расширился в четыре раза.
Наблюдения с помощью JWST были посвящены не только изменяющимся характеристикам вулканической поверхности. Они являются частью ongoing investigation into sulfur emissions and volcanic hotspots. Впервые учёные обнаружили [SI] на Ио. [SI] — это нейтральные атомы серы, и вместе с обнаружением моноксида серы (SO) они открывают окно в условия и процессы, которые определяют вулканическую природу спутника.
Происхождение [SI] на Ио
Оказывается, [SI] выделяется не непосредственно из вулканов Ио. Вместо этого он образуется в результате столкновительного возбуждения от электронных ударов. Откуда берутся эти электроны? Ио фактически находится в зависимости от Юпитера. Юпитер не только намного массивнее Ио, но и обладает чрезвычайно мощной магнитосферой. Нейтральное облако атомов окружает Ио, и они ионизируются магнитосферой Юпитера, ускоряются и увлекаются ею. Это образует тор ионизированных атомов, который вращается вокруг Юпитера на расстоянии орбиты Ио. Это источник электронов, которые генерируют [SI]. Они врезаются в атмосферную вулканически-генерируемую серу Ио.
Это исследование подтверждает некоторые наблюдения Хаббла, сделанные 20 лет назад. Оно демонстрирует, что, несмотря на интенсивную и непрерывную вулканическую активность Ио, атмосфера спутника и плазменный тор удивительно стабильны.
Исследование также показывает, что молекулы SO в возбуждённом состоянии поступают непосредственно из вулканических жерл, как они были обнаружены над Канехекили Флуктус, местом недавнего извержения. Это подтверждает гипотезу, выдвинутую де Патер и др. 20 лет назад. Это называется термически-стимулированной эмиссией от вулканического газовыделения, тогда как [SI] образуется в результате магнитосферных взаимодействий. Термически-стимулированный SO имеет большое значение, поскольку он даёт учёным прямое представление о том, насколько горяча вулканическая система Ио. Это показывает, что вулканы Ио чрезвычайно мощные и очень горячие.
Вместе взятые, результаты показывают, что атмосфера Ио формируется под влиянием вулканологических и магнитосферных процессов, являющихся результатом её интенсивных взаимоотношений с Юпитером. Ио — единственное тело в Солнечной системе, где эти силы оказывают такое огромное влияние, ещё одна причина, по которой Ио уникальна и заслуживает изучения.