Najpomembnejša astronomska odkritja v zgodovini raziskovanja vesolja so povezana z imenom Galileo Galilei. Zaradi tega nadarjenega in vztrajnega Italijana je svet leta 1610 prvič izvedel za obstoj štirih Jupiterovih lun. Sprva so ti nebesni predmeti dobili skupno ime - Galilejski sateliti. Kasneje je vsak od njih dobil ime: Io, Europa, Ganymede in Callisto. Vsak od štirih največjih satelitov Jupitra je zanimiv na svoj način, vendar je satelit Io izstopal med drugimi Galilejskimi sateliti. To nebesno telo je najbolj eksotično in nenavadno med ostalimi predmeti sončnega sistema.
Kaj je nenavadno pri satelitskem Io?
Satelit Io že z enim opazovanjem skozi teleskop izstopa zaradi svojega videza med drugimi sateliti sončnega sistema. Namesto običajne sive in blatne površine ima nebeško telo svetlo rumeno ploščo. Človek 400 let ni mogel najti razloga za tako nenavadno barvo površine Jupitrovih satelitov. Šele konec 20. stoletja je bilo mogoče zahvaljujoč poletom avtomatskih vesoljskih sond na Jupitra pridobiti informacije o Galilejskih satelitih. Kot se je izkazalo, je Io morda geološko najbolj vulkansko aktiven objekt sončnega sistema. To potrjuje veliko število aktivnih vulkanov, odkritih na satelitu Jupitra. Do danes so identificirali približno 400 in je na območju, ki je 12-krat manjše od območja našega planeta.
Površina satelita Io je 41,9 kvadratnih metrov. kilometrov Zemlja ima površino 510 milijonov km, na njeni površini pa danes deluje 522 aktivnih vulkanov.
Številni Io vulkani po velikosti presegajo velikost kopenskih vulkanov. Glede na intenzivnost izbruhov, njihovo trajanje in moč, vulkanska aktivnost na satelitu Jupitra presega podobne zemeljske kazalce.
Nekateri vulkani tega satelita oddajajo veliko količino strupenih plinov na nadmorsko višino 300-500 km. Istočasno je površina najbolj nenavadnega satelita sončnega sistema Io obsežna ravnina, v središču katere je ogromno gorovje, razdeljeno z velikimi tokovi lave. Povprečne višine gorskih formacij na Io so 6-6,5 km, tu pa so tudi gorski vrhovi, višji od 10 km. Na primer, planina South Boosavla ima višino 17-18 km in je najvišji vrh sončnega sistema.
Skoraj celotna površina satelita je posledica stoletnih izbruhov. V skladu z instrumentalnimi študijami iz vesoljskih sond in drugih naprav Voyager-1, Voyager-2 je glavni površinski material satelita Io zamrznjeno žveplo, žveplov dioksid in vulkanski pepel. Zakaj je večplastna območja na površini satelita toliko. To je posledica dejstva, da aktivni vulkanizem nenehno oblikuje značilen kontrast barve površine satelita Io. Objekt lahko za kratek čas spremeni svojo svetlo rumeno barvo v belo ali črno. Izdelki vulkanskih izbruhov tvorijo tanko in heterogeno sestavo atmosfere satelita.
Tovrstno vulkansko aktivnost povzročajo posebnosti strukture nebesnega telesa, ki je nenehno izpostavljeno plimnemu delovanju gravitacijskega polja matičnega planeta in vplivom drugih velikih satelitov Jupitra, Evrope in Ganimeda. Zaradi vpliva kozmične gravitacije v globini satelita nastane trenje med skorjo in notranjimi plasti, kar povzroči naravno segrevanje snovi.
Za astronome in geologe, ki preučujejo strukturo objektov v sončnem sistemu, je Io resnično in aktivno testno polje, kjer se pojavljajo procesi, značilni za zgodnje obdobje nastanka našega planeta. Znanstveniki na številnih znanstvenih področjih danes skrbno preučujejo geologijo tega nebesnega telesa, zaradi česar je edinstven Jupitrov satelitski objekt predmet velike pozornosti.
Zanimiva dejstva o satelitu Io
Najbolj geološko aktivno nebesno telo v sončnem sistemu ima premer 3.630 km. Ioove dimenzije niso tako velike v primerjavi z drugimi sateliti v sončnem sistemu. Glede na svoje parametre satelit zavzema skromno četrto mesto, pri čemer gre naprej ogromne Ganimed, Titan in Callisto. Premer Io je samo 166 km. presega premer satelita Luna - Zemlja (3474 km).
Satelit je najbližji maternemu planetu. Razdalja od Io do Jupitra je le 420 tisoč km. V orbiti je skoraj pravilna oblika, razlika med perihelijem in apogelijem je le 3400 km. Predmet hodi v krožni orbiti okrog Jupitra z veliko hitrostjo 17 km / s, s čimer doseže popolno rotacijo okoli njega v 42 zemeljskih urah. Gibanje v orbiti je sinhronizirano z obdobjem rotacije Jupitra, zato je Io vedno obrnjen k njemu na isti polobli.
Glavni astrofizikalni parametri nebesnega telesa so:
- Masa Io je 8,93x1022kg, kar je 1,2-krat večja od mase Lune;
- gostota satelita je 3,52 g / cm3;
- pospešek zaradi gravitacije na površini Io je 1,79 m / s2.
Z opazovanjem položaja Io na nočnem nebu je enostavno ugotoviti hitrost njegovega gibanja. Nebesno telo nenehno spreminja svoj položaj glede na planetarni disk matičnega planeta. Kljub presenetljivemu gravitacijskemu polju satelita, Io ne more ohranjati stalno gosto in homogeno ozračje. Tanek plinski ovoj okoli lune Jupitra je praktično kozmični vakuum, ne preprečuje sproščanja izdelkov iz izbruha v vesolje. To pojasnjuje ogromno višino vulkanskih izmetnih stebrov, ki se pojavljajo na Io. V odsotnosti normalne atmosfere na površini satelita prevladujejo nizke temperature, do -183 ° C. Vendar pa ta temperatura ni enotna za celotno satelitsko površino. V infrardečih slikah, pridobljenih iz prostorske sonde Galileo, je bila vidna heterogenost temperaturnega sloja površine Io.
Na glavnem delu nebesnega telesa prevladujejo nizke temperature. Na temperaturnem zemljevidu so ta območja obarvana modro. Na nekaterih mestih na površini satelita so svetlo oranžne in rdeče lise. To so območja največje vulkanske dejavnosti, kjer so na običajnih slikah vidni in jasno vidni izbruhi. Vulkan Pele in Locke Lava Flow sta najbolj vroča območja na površini Io satelita. Temperatura na teh območjih se spreminja od 100-130 ° pod ničlo na lestvici Celzija. Majhne rdeče pike na temperaturnem zemljevidu so kraterji aktivnih vulkanov in mesta loma v skorji. Tu temperatura doseže 1200-1300 stopinj Celzija.
Struktura satelita
Znanstveniki zdaj ne morejo pristati na površini in zdaj aktivno delajo na modeliranju strukture Jovijanove lune. Verjetno je satelit sestavljen iz silikatnih kamnin, razredčenih z železom, kar je značilno za strukturo zemeljskih planetov. To potrjuje velika gostota Io, ki je višja od gostote njegovih sosed (Ganimed, Kalisto in Evropa).
Sodobni model, ki temelji na podatkih, pridobljenih s vesoljskimi sondami, je naslednji:
- v središču satelita, železno jedro (železov sulfid), ki predstavlja 20% mase Io;
- plašč, sestavljen iz mineralov asteroidne narave, je v poltekočem stanju;
- podzemni sloj tekoče magme 50 km debel;
- Satelitska litosfera je sestavljena iz žveplovih in bazaltnih spojin, ki dosežejo debelino 12-40 km.
Na podlagi podatkov, pridobljenih v simulaciji, so znanstveniki sklenili, da mora biti jedro satelita Io poltekoče. Če so žveplove spojine prisotne skupaj z železom, lahko njegov premer doseže 550-1000 km. Če je popolnoma metalizirana snov, se lahko velikost jedra giblje med 350 in 600 km.
Ker v satelitskih študijah ni bilo zaznanega magnetnega polja, v satelitskem jedru ni procesov konvekcije. Glede na to se pojavlja naravno vprašanje, kateri so resnični vzroki za tako intenzivno vulkansko aktivnost, kje Io vulkani črpajo svojo energijo?
Manjša velikost satelita nam ne omogoča, da bi rekli, da se ogrevanje črevesja nebesnega telesa izvaja zaradi reakcije radioaktivnega razpada. Glavni vir energije v satelitu je plimni učinek njegovih kozmičnih sosedov. Pod vplivom gravitacije Jupitra in sosednjih satelitov, Io niha in se giblje po svoji orbiti. Zdi se, da se satelit zaniha in doživlja močno libacijo (enakomerno zibanje) med gibanjem. Ti procesi vodijo do ukrivljenosti površine nebesnega telesa, kar povzroča termodinamično segrevanje litosfere. To lahko primerjamo z upogibom kovinske žice, ki je na mestu ovijanja zelo vroča. V primeru Io se vsi ti procesi dogajajo v površinskem sloju plašča na meji z litosfero.
Satelit je prekrit s sedimenti - rezultati vulkanske dejavnosti. Njihova debelina se giblje v razponu od 5 do 25 km v mestih glavne lokalizacije. V njihovi barvi so to temne lise, močno kontrastne s svetlo rumeno površino satelita, ki jo povzročajo izlivi silikatne magme. Kljub velikemu številu aktivnih vulkanov skupna površina vulkanskih kalder na Io ne presega 2% površine satelitov. Globina vulkanskih kraterjev je neznatna in ne presega 50-150 metrov. Relief na večini nebesnega telesa je ravno. Samo na nekaterih območjih obstajajo masivne gorske verige, npr. Kompleks vulkana Pele. Poleg te vulkanske formacije na Io se razkrije tudi gorski masiv vulkana Pater Ra, gorskih verig in masivov različnih dolžin. Večina od njih ima imena, ki so skladna z zemeljskimi toponimi.
Ioovi vulkani in njegovo vzdušje
Najbolj zanimivi predmeti na satelitu Io so njegovi vulkani. Velikost območij s povečano vulkansko aktivnostjo sega od 75 do 300 km. Tudi prvi Voyager je med letom na Io zabeležil izbruh osmih vulkanov naenkrat. Nekaj mesecev kasneje so slike, posnete s plovilom Voyager leta 1979, potrdile informacije, da se izbruhi na teh točkah nadaljujejo. Na mestu, kjer se nahaja največji vulkan Pele, je bila zabeležena najvišja temperatura površine, +600 stopinj Kelvina.
Naknadne študije informacij iz vesoljskih sond so astrofizikom in geologom omogočile, da razdelijo vse Io vulkane na naslednje vrste:
- najobsežnejši vulkani s temperaturo 300-400 K. Stopnja emisije plinov je 500 m / s, višina emisijskega stebra pa ne presega 100 km;
- Drugi tip vključuje najtoplejše in najmočnejše vulkane. Tukaj lahko govorimo o temperaturah v 1000K v kalderi samega vulkana. Za ta tip je značilna visoka hitrost izmetavanja 1,5 km / s, ogromna višina plinskega sultana je 300-500 km.
Pele Volcano pripada drugi vrsti, ki ima kaldero s premerom 1000 km. Depoziti zaradi izbruhov tega velikana zasedajo veliko območje - milijon kilometrov. Drug vulkanski objekt, Pater Ra, ni nič manj zanimiv. Iz orbite ta del površine satelita spominja na morski glavonožac. Tokovi serpentine lave, ki se raztezajo od mesta izbruha, so se raztegnili za 200-250 km. Toplotni radiometri vesoljskih vozil ne omogočajo natančnega določanja narave teh tokov, kot je to v primeru geološkega objekta Loki. Njegov premer je 250 km in po vsej verjetnosti je to jezero napolnjeno s staljenim žveplom.
Visoka intenzivnost izbruhov in ogromna razsežnost kataklizm ne le nenehno spreminja relief satelita in pokrajine na njeni površini, temveč tudi tvorita plinski ovoj - neke vrste vzdušje.
Glavna komponenta ozračja satelita Jupitra je žveplov dioksid. V naravi gre za žveplov dioksid brez barve, vendar z močnim vonjem. Poleg žveplovega dioksida so v vmesnem sloju plina Io odkrili tudi žveplov monoksid, natrijev klorid, atome žvepla in atome kisika.
Žveplov dioksid na Zemlji je običajen aditiv za živila, ki se v prehrambeni industriji pogosto uporablja kot konzervans E220.
Tanka atmosfera satelita Io je neenakomerna po gostoti in debelini. Za to nedoslednost je značilen tudi atmosferski tlak satelita. Maksimalna vrednost atmosferskega tlaka Io je 3 nbar in je opažena v območju ekvatorja na polobli, obrnjena proti Jupitru. Minimalne vrednosti atmosferskega tlaka so na nočni strani satelita.
Sultani vročih plinov niso edina vizitka Jupitrovih satelitov. Tudi če je atmosfera zelo razpršena, lahko opazujemo aurore v ekvatorialni regiji nad površino nebesnega telesa. Ti atmosferski pojavi so povezani z učinkom kozmičnega sevanja na nabite delce, ki vstopajo v zgornjo atmosfero med izbruhom Io vulkanov.
Io satelitske raziskave
Podrobna študija planetov plinskih velikanov in njihovih sistemov se je začela leta 1973-74 z nalogami vesoljskih sond Pioner-10 in Pioneer-11. Te ekspedicije so znanstveniki priskrbele prve slike Io satelita, na podlagi katerih so bili izdelani natančnejši izračuni velikosti nebesnega telesa in njegovih astrofizikalnih parametrov. Za Pionirji sta se dve ameriški vesoljski sondi Voyager 1 in Voyager 2 odpravili v Jupiter. Druga enota je uspela kar se da približati Io na razdalji 20 tisoč km in narediti boljše slike v bližnji okolici. Prav zaradi dela Voyagerjev so astronomi in astrofiziki pridobili informacije o prisotnosti aktivne vulkanske aktivnosti na tem satelitu.
Poslanstvo prvih vesoljskih sond, ki so proučevali vesolje v bližini Jupitra, je nadaljevalo vesoljsko plovilo NASA Galileo, ki se je začelo leta 1989. Po šestih letih je ladja dosegla Jupiter in postala njegov umetni satelit. Vzporedno s preučevanjem velikanskega planeta je avtomatska sonda Galileo lahko posredovala podatke na površini satelita Io na Zemljo. Med orbitalnimi leti iz vesoljske sonde so kopenski laboratoriji prejeli dragocene informacije o strukturi satelita in podatke o njegovi notranji strukturi.
Po kratkem premoru leta 2000 sta NASA in vesoljska sonda ESA Cassini-Huygens prestregla palico v študiji najbolj edinstvenega satelita sončnega sistema. Študija in pregled aparata Io sta bila opravljena med njegovim dolgim potovanjem v Titan - saturnski satelit. Najnovejši satelitski podatki so bili pridobljeni z uporabo vesoljske sonde New Horizons, ki je februarja 2007 na poti do pasu Kuiper poletela blizu Io. Nova serija slik, ki so jih predstavili opazovalcem na tleh in vesoljskemu teleskopu Hubble.
Trenutno vesoljsko plovilo NASA Juno deluje v Jupitrovi orbiti. Poleg študije Jupitra še naprej proučuje infrardeči spektrometer vulkanske aktivnosti satelita Io. Podatki, posredovani na Zemljo, omogočajo znanstvenikom, da spremljajo aktivne vulkane na površini tega zanimivega nebesnega telesa.
