Πώς το φεγγάρι του Δία Ιό αποκτά την κολάσιμη ατμόσφαιρά του

Φωτεινό κιτρινωπό και μπλε φεγγάρι μπροστά από τον πιο αμυδρό γιγάντιο πλανήτη.

Σύνθετη εικόνα του Ιώ και του Δία (εικόνα του Δία από το διαστημόπλοιο Cassini, εικόνα του Ιό από τη νέα έρευνα). Διοξείδιο του θείου από τα ηφαίστεια της oω φαίνονται με κίτρινο χρώμα. Εικόνα μέσω ALMA (ESO/ NAOJ/ NRAO)/ I. de Pater et al ./ NRAO/ AUI NSF/ S. Dagnello/ NASA/ ESA/UC BerkeleyΤο

ο, ένα από τα τέσσερα μεγάλαΦεγγάρια Γαλιλαίαςτου Δία, είναι το πιο ηφαιστειακά ενεργό σώμα στο ηλιακό μας σύστημα, ακόμη περισσότερο από τη Γη. Έχει πάνω από 400 ενεργά ηφαίστεια και συχνά περιγράφεται ως κολαστήριο. Η Ιό έχει επίσης μια εξαιρετικά λεπτή ατμόσφαιρα, που αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του θείου (SO2). Τα ηφαίστεια αυτού του μικρού κόσμου εκτοξεύουν τακτικά διοξείδιο του θείου στην ατμόσφαιρά του. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν ήταν σίγουροι αν η ατμόσφαιρα προέρχεται από θερμό διοξείδιο του θείου που προέρχεται απευθείας από τα ηφαίστεια, ή από κρύο διοξείδιο του θείου που συσσωρεύεται στην επιφάνεια του Ιώ και παγώνει πρινεξάχνωσηστην ατμόσφαιρα. Τώρα διαπίστωσαν ότι είναι και τα δύο.

Τα σεληνιακά ημερολόγια του 2021 είναι εδώ! Παραγγείλετε το δικό σας πριν φύγουν. Κάνει ένα υπέροχο δώρο!

Χρησιμοποιώντας τοΨΥΧΗτηλεσκόπιο στη Χιλή, έχουν ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϋανακοινώθηκεότι μέχρι το ήμισυ του διοξειδίου του θείου στην ατμόσφαιρα της Ιώ προέρχεται απευθείας από τα ηφαίστειά της. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν σε δύο νέαμε αξιολόγηση από ομοτίμουςέγγραφα που έγιναν δεκτά για δημοσίευση στοΤο περιοδικό Planetary Science, που μπορείτε να διαβάσετεεδώκαιεδώΤο

ΑστρονόμοςKeμκε ντε Πάτερ, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης, είπε σε αδήλωση:

Δεν ήταν γνωστό ποια διαδικασία οδηγεί τη δυναμική στην ατμόσφαιρα της Ιώ. Είναι ηφαιστειακή δραστηριότητα ή αέριο που εξάχνει από την παγωμένη επιφάνεια όταν ο Ιο βρίσκεται στο φως του ήλιου; Αυτό που δείχνουμε είναι ότι, στην πραγματικότητα, τα ηφαίστεια έχουν μεγάλο αντίκτυπο στην ατμόσφαιρα.

Η απάντηση, αποδεικνύεται, είναι και τα δύο.



Κάποιο από το διοξείδιο του θείου πράγματι παγώνει στην επιφάνεια, διαπίστωσαν οι ερευνητές. Αυτό συμβαίνει όταν ο Ιώ περνάει από τη σκιά του Δία κάθε 42 ώρες. Όταν η Io παρατηρήθηκε από τους ερευνητές στις 20 Μαρτίου 2018, παρατήρησαν ότι οι εκπομπές ραδιοκυμάτων από το διοξείδιο του θείου μειώθηκαν εκθετικά. Αυτό σήμαινε ότι η χαμηλότερη ατμόσφαιρα της oω, ύψους 10-20 χιλιομέτρων, κατέρρευσε και πάγωσε στην επιφάνεια.

Η θερμοκρασία κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου έπεσε στους -270 βαθμούς Φαρενάιτ (-168 βαθμούς Κελσίου), αρκετά κρύα για να παγώσει το διοξείδιο του θείου. Η επιφάνεια της Ιό είναι τυπικά περίπου -230 βαθμοί Φαρενάιτ (-150 βαθμοί Κελσίου). Κρύο, αλλά όχι αρκετά κρύο για να παγώσει το διοξείδιο του θείου.

Στις 2 και 11 Σεπτεμβρίου 2018, οι εκπομπές διοξειδίου του θείου αυξήθηκαν ξανά μέσα σε 10 λεπτά αφότου ο Ιο βγήκε από τη σκιά του Δία ξανά στο φως του ήλιου. Ντε Πάτερείπε:

Μόλις ο Ιό πέσει στο ηλιακό φως, η θερμοκρασία αυξάνεται και παίρνετε όλο αυτόν τον πάγο SO2 εξάχνοντας σε αέριο και αναμορφώνετε την ατμόσφαιρα σε περίπου 10 λεπτά, γρηγορότερα από ό, τι είχαν προβλέψει τα μοντέλα.

Αυτό εξηγεί από πού προέρχεται μέρος του κατεψυγμένου διοξειδίου του θείου. Αλλά οι ερευνητές παρατήρησαν και κάτι άλλο επίσης. Το ALMA ανίχνευσε άφθονο διοξείδιο του θείου πάνω από τα ηφαίστεια, καθώς και χαμηλά επίπεδα αερίου παγκοσμίως στην ατμόσφαιρα της oω. Αυτό υποδηλώνει ότι το πιο διαδεδομένο αέριο προερχόταν από αόρατα ή «κρυφά» ηφαίστεια. Εκπέμπουν διοξείδιο του θείου, αλλά όχι άλλο καπνό ή σωματίδια που είναι εύκολα ορατά.

Αυτή τη στιγμή, οι ερευνητές πιστεύουν ότι επιπλέον αέριο προέρχεται από τέτοιου είδους ηφαίστεια, αν και δεν θα μπορούσαν να αποκλείσουν εντελώς το ενδεχόμενο να πρόκειται για διοξείδιο του θείου που δεν συμπυκνώνεται εντελώς στην επιφάνεια. Ως ντε Πάτερδιάσημος:

Το SO2 που βλέπουμε με το ALMA όταν ο Io βρίσκεται σε έκλειψη είναι σε πολύ χαμηλό επίπεδο και δεν μπορούμε να πούμε αν πρόκειται για ηφαιστειακό χαρακτήρα ή λόγω του SO2 που δεν συμπυκνώνεται εντελώς.

Φωτεινό φεγγάρι σφραγισμένο με στίγματα και στίγματα σε διαφορετικά ζωηρά χρώματα, σε μαύρο φόντο.

Io, όπως φαίνεται από το διαστημόπλοιο Galileo στις 19 Σεπτεμβρίου 1997. Εικόνα μέσω NASA/ JPL/ University of Arizona/Φωτορεπόρτερ της NASAΤο

Παλαιότερες παρατηρήσεις από τοΠαρατηρητήριο Κεκαπό τον περασμένο Ιούλιο, ωστόσο, υποστήριξε το σενάριο του ηφαιστείου stealth. Ο Keck ανίχνευσε άφθονο μονοξείδιο του θείου (ΕΤΣΙ) πάνω από τα ηφαίστεια, καθώς και διαδεδομένα στην ατμόσφαιρα. Οι ερευνητές λένε ότι το φως του ήλιου σπάει τον δεσμό θείου-οξυγόνου στο διοξείδιο του θείου που έχει εκτοξευτεί εκατοντάδες χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια, δημιουργώντας το μονοξείδιο του θείου. Ντε Πάτερείπε:

Στη συνέχεια, όταν κοιτάξαμε το SO με το Keck, μπορούμε μόνο να εξηγήσουμε τις εκπομπές SO, που είναι ευρέως διαδεδομένες στην επιφάνεια, μέσω αυτού του ηφαιστείου stealth, επειδή η διέγερση του SO απαιτεί πολύ υψηλή θερμοκρασία.

Παρατηρώντας τον oο στην τροχιά του γύρω από τον Δία καθώς κινήθηκε προς τα έξω και στη συνέχεια από τη σκιά του Δία, οι ερευνητές μπόρεσαν να καταλάβουν πόσα από τα αποθέματα διοξειδίου του θείου της σελήνης προήλθαν από την κατάψυξη στην επιφάνεια και πόσα προήλθαν από μυστικότητα ή άλλα ηφαίστεια. ΤοΣταθμός Luszcz-Cookαπό το Πανεπιστήμιο Columbia της Νέας Υόρκηςείπε:

Όταν ο oο περνά στη σκιά του Δία και είναι μακριά από το άμεσο ηλιακό φως, είναι πολύ κρύο για αέριο διοξείδιο του θείου και συμπυκνώνεται στην επιφάνεια του Ιώ. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, μπορούμε να δούμε μόνο διοξείδιο του θείου από ηφαιστειακή πηγή. Μπορούμε, λοιπόν, να δούμε ακριβώς πόσο από την ατμόσφαιρα επηρεάζεται από την ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Φωτεινό φεγγάρι γεμάτο με διαφορετικά ζωηρά χρώματα, με μπλε λοφίο στο άκρο, σε μαύρο φόντο.

Μια ηφαιστειακή έκρηξη στην oο, καταγράφηκε από τις κάμερες του Γαλιλαίου στις 28 Ιουνίου 1997. Εικόνα μέσωNASAΤο

Διάφορα χρωματισμένα εδάφη με μεγάλο λοφίο στην άκρη, σε μαύρο φόντο.

Μια πιο προσεκτική ματιά από το Γαλιλαίο σε ένα από τα ηφαίστεια της oω, που ονομάζεταιΔέρμα, καθώς ξεσπούσε. Εικόνα μέσω NASA/JPL/ USGS.

Χρησιμοποιώντας το ALMA, οι επιστήμονες μπόρεσαν να «δουν», για πρώτη φορά, σωρούς διοξειδίου του θείου και μονοξειδίου του θείου που προέρχονται από τα ηφαίστεια της oω. Δύο από αυτά τα ηφαίστεια,Karei PateraκαιDaedalus Patera, εξερράγησαν τον Μάρτιο και ένα τρίτο ηφαίστειο ήταν ενεργό τον Σεπτέμβριο.

Οι ερευνητές υπολογίζουν τώρα ότι το 30% έως 50% της ατμόσφαιρας του Ιό παράγεται απευθείας από ενεργά ηφαίστεια.

Ένα τρίτο αέριο, χλωριούχο κάλιο (KCI), εντοπίστηκε επίσης από το ALMA και είναι ένα κοινό συστατικό της λάβας. Σύμφωνα με τον Luszcz-Cook:

Βλέπουμε KCI σε ηφαιστειακές περιοχές όπου δεν βλέπουμε SO2 ή SO. Αυτό αποτελεί ισχυρή απόδειξη ότι οι δεξαμενές μάγματος είναι διαφορετικές κάτω από διαφορετικά ηφαίστεια.

Κάθριν ντε Κλέρστο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιαπροστέθηκε:

Μελετώντας την ατμόσφαιρα και την ηφαιστειακή δραστηριότητα της oω, μπορούμε να κατανοήσουμε περισσότερα για τα ηφαίστεια, τη διαδικασία της παλιρροϊκής θέρμανσης και το εσωτερικό της oω.

Γκριζωπό έδαφος με σκοτεινά και φωτεινά μπαλώματα.

Το ηφαίστειοLoki Patera, όπως φαίνεται απόΤαξιδεύοντας 1το 1979. Το σκοτεινό χαρακτηριστικό του σχήματος U είναι μια λίμνη λάβας περίπου 200 χλμ. πλάτους. Εικόνα μέσω NASA/ JPL/ USGS/Ινστιτούτο Πλανητικής ΕπιστήμηςΤο

Πολλά φωτεινά σημεία σε σκοτεινή σφαίρα, σε μαύρο φόντο, με επισημασμένη χρωματιστή ζυγαριά στη δεξιά πλευρά.

Υπέρυθρη όψη των ενεργών ηφαιστείων της Ιό από το διαστημικό σκάφος Juno της NASA, που βρίσκεται σήμερα σε τροχιά γύρω από τον Δία. Ουάου! Εικόνα μέσω NASA/ JPL-Caltech/ SwRI/ INAF/Η Πλανητική ΕταιρείαΤο

Οι επιστήμονες είναι πρόθυμοι να μάθουν περισσότερα για το μάγμα της oω και σχεδιάζουν να παρατηρήσουν το φεγγάρι σε επιπλέον μήκη κύματος ραδιοφώνου. Αυτά μπορούν να ανιχνεύσουν αρκετές ίντσες κάτω από την επιφάνεια και να δώσουν ενδείξεις για το τι αποτελείται από το μάγμα του Ιο και τη θερμοκρασία του. Θέλουν επίσης να μάθουν περισσότερα για τη θερμοκρασία της χαμηλότερης ατμόσφαιρας της Ιώ. Ντε Πάτερείπε:

Για να μετρήσουμε τη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας του Ιώ, πρέπει να λάβουμε υψηλότερη ανάλυση στις παρατηρήσεις μας, η οποία απαιτεί να παρατηρούμε το φεγγάρι για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Αυτό μπορούμε να το κάνουμε μόνο όταν η Ιώ είναι στο φως του ήλιου, αφού δεν περνά πολύ χρόνο στην έκλειψη. Κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας παρατήρησης, ο Io θα περιστραφεί κατά δεκάδες μοίρες. Θα χρειαστεί να εφαρμόσουμε λογισμικό που μας βοηθά να φτιάχνουμε μη λερωμένες εικόνες. Αυτό το κάναμε προηγουμένως με ραδιοφωνικές εικόνες του Δία που έγιναν με το ALMA και τοΠολύ μεγάλη σειράΤο

Πώς μπορεί ένα μικρό φεγγάρι όπως η oο, που βγαίνει στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, να έχει ενεργά ηφαίστεια; Η Ιώ είναι ηφαιστειακά ενεργή λόγωπαλιρροιακή θέρμανσηΤο Η ίδια πλευρά του Ιώ κοιτάζει τον Δία, όπως ακριβώς η ίδια πλευρά του φεγγαριού βλέπει πάντα τη Γη. Η βαρυτική έλξη του Δία, καθώς και τα φεγγάρια Europa και Ganymede, δημιουργούν τρομερή τριβή και θέρμανση στο εσωτερικό της oω.

Η Io παρατηρήθηκε τελευταία φορά από κοντά από τη NASAΑποστολή Γαλιλαίουστα τέλη της δεκαετίας του 1990/αρχές της δεκαετίας του 2000. Το ρεύμαJuno orbiterέχει δει την Ιώ από πιο μακριά, αλλά η πρωταρχική της αποστολή είναι να παρατηρήσει λεπτομερώς τον ίδιο τον Δία καθώς περιφέρεται γύρω από τον γιγάντιο πλανήτη. Έχει πάρειμερικές όμορφες εικόνεςαπό απόσταση όμως.

Χαμογελαστή γκριζομάλλη γυναίκα με γυαλιά, με περσίδες παραθύρου πίσω της.

Imke de Pater στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϊ, ο οποίος ηγήθηκε της νέας μελέτης. Εικόνα μέσωUC BerkeleyΤο

Τα νέα αποτελέσματα βοηθούν στην επίλυση του μυστηρίου για το πώς σχηματίζεται η ατμόσφαιρα της oω και πώς τα ηφαίστειά της παίζουν σημαντικό ρόλο σε αυτό. Αλλά υπάρχουν ακόμα πολλές ερωτήσεις που πρέπει να απαντηθούν - και νέες να ερωτηθούν - σχετικά με το πιο ενεργό ηφαιστειακό σημείο του ηλιακού συστήματος.

Κατώτατη γραμμή: Τα ενεργά ηφαίστεια παράγουν σχεδόν το ήμισυ της ατμόσφαιρας θείου της Ιώ, σύμφωνα με νέες παρατηρήσεις χρησιμοποιώντας το ALMA.

Πηγή: ALMA Παρατηρήσεις της Ιο που πηγαίνει και βγαίνει από την έκλειψη

Πηγή: Παρατηρήσεις Υψηλής Χωρικής και Φασματικής Ανάλυσης των Απαγορευμένων 1.707 um Rovibronic SO Emissions on Io: Evidence for Widden Volcanism Stealth*

Μέσω του UC Berkeley

Μέσω NRAO