С именем Галилео Галилея связаны наиболее важные астрономические открытия в истории изучения космоса. Именно благодаря этому талантливому и настойчивому итальянцу, мир в 1610 году впервые узнал о существовании четырех спутников Юпитера. Первоначально эти небесные объекты получили собирательное название — галилеевы спутники. Позже, каждому из них присвоили свое название: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Каждый из четырех крупнейших спутников Юпитера по своему интересен, однако именно спутник Ио выделяется среди других галилеевых спутников. Это небесное тело является самым экзотическим и необычным среди других объектов Солнечной системы.
Что необычного в спутнике Ио?
Уже при одном наблюдении в телескоп спутник Ио своим внешним видом выделяется среди других спутников Солнечной системы. Вместо обычной серой и мутной поверхности небесное тело имеет диск ярко-желтого цвета. В течение 400 лет человек не мог найти причину такой необычной расцветки поверхности юпитерианского спутника. Только в конце XX века, благодаря полетам автоматических космических зондов к гиганту Юпитеру, удалось получить информацию о галилеевых спутниках. Как оказалось, Ио является едва ли не самым вулканически активным объектом Солнечной системы в плане геологии. Подтверждением тому стало огромное количество действующих вулканов, обнаруженных на спутнике Юпитера. На сегодняшний день их выявлено около 400 и это на площади, которая в 12 раз меньше площади нашей планеты.
Площадь поверхности спутника Ио составляет 41,9 кв. километров. Земля имеет площадь поверхности 510 млн. км, и на ее поверхности сегодня находится 522 действующих вулкана.
По своим размерам многие вулканы Ио превышают размеры земных вулканов. По интенсивности извержений, их продолжительности и мощности, вулканическая деятельность на спутнике Юпитера превосходит аналогичные земные показатели.
Некоторые вулканы этого спутника выбрасывают огромное количество ядовитых газов на высоту 300-500 км. При этом сама поверхность самого необычного спутника Солнечной системы Ио представляет собой обширную равнину, в центре которой присутствует огромный горный массив, разделенный огромными лавовыми потоками. Средние высоты горных образований на Ио составляют 6-6,5 км, однако здесь так же встречаются горные пики, высотой более 10 км. К примеру, гора Южная Боосавла имеет высоту 17-18 км и является самой высоким пиком Солнечной системы.
Почти вся поверхность спутника – это результаты многовековых извержений. По данным инструментальных исследований, проводимых с борта космических зондов «Вояджер-1», «Вояджер-2» и других аппаратов, основной материал поверхности спутника Ио – замороженная сера, диоксид серы и вулканический пепел. Почему разноцветных участков на поверхности спутника так много. Это объясняется тем, что активный вулканизм постоянно формирует характерную контрастность расцветки поверхности спутника Ио. Объект может в течение короткого промежутка времени сменить свою ярко-желтую расцветку на белый или черный цвет. Продукты вулканических извержений формируют тонкую и неоднородную по составу атмосферу спутника.
Подобная вулканическая активность вызвана особенностями строения небесного тела, которое постоянно подвергается приливному действию гравитационного поля материнской планеты и воздействию со стороны других крупных спутников Юпитера, Европы и Ганимеда. В результате влияния космической гравитации в недрах спутника между корой и внутренними слоями возникает трение, порождающее естественный нагрев материи.
Для астрономов и геологов, занимающихся изучением строения объектов Солнечной системы, Ио представляет собой реальный и действующий полигон, где сегодня происходят процессы, характерные для раннего периода формирования нашей планеты. Ученые во многих областях науки сегодня тщательно изучают геологию этого небесного тела, делая уникальный спутник Юпитера Ио объектом пристального внимания.
Самое геологически активное небесное тело Солнечной системы имеет диаметр 3630 км. Размеры Ио не такие уж большие, в сравнении с другими спутниками Солнечной системы. По своим параметрам спутник занимает скромное четвертое место, пропуская вперед огромных Ганимеда, Титана и Каллисто. Диаметр Ио только на 166 км. превышает диаметр Луны — спутника Земли (3474 км).
Спутник ближе всех расположен к материнской планете. Расстояние от Ио до Юпитера составляет всего 420 тыс. км. Орбита имеет практически правильную форму, разница между перигелием и апогелием составляет всего 3400 км. Объект несется по круговой орбите вокруг Юпитера с огромной скоростью 17 км/с, совершая полный оборот вокруг него за 42 земных часа. Движение по орбите осуществляется синхронно с периодом вращения Юпитера, поэтому Ио всегда повернуто к нему одним и тем же полушарием.
Основные астрофизические параметры небесного тела следующие:
- масса Ио составляет 8,93х1022кг, что в 1,2 раза больше массы Луны;
- плотность спутника составляет 3,52 г/см3;
- величина ускорения свободного падения на поверхности Ио равна 1,79 м/с2.
Наблюдая за положением Ио в ночном небе, легко определить стремительность его движения. Небесное тело постоянно меняет свое положение относительно планетарного диска материнской планеты. Несмотря на довольно внушительное собственное гравитационное поле спутника, Ио не в состоянии содержать постоянно плотную и однородную атмосферу. Тонкая газовая оболочка вокруг луны Юпитера — практически космический вакуум, не препятствует выбросу продуктов извержения в космическое пространство. Этим и объясняется огромная высота столбов вулканических выбросов, происходящих на Ио. В отсутствие нормальной атмосферы на поверхности спутника преобладают низкие температуры, до -183° С. Однако такая температура не является однородной для всей поверхности спутника. На инфракрасных снимках, полученных с космического зонда «Галилео», была видна неоднородность температурного слоя поверхности Ио.
На основной площади небесного тела преобладают низкие температуры. На температурной карте такие области окрашены в синий цвет. Однако в ряде мест на поверхности спутника имеются ярко-оранжевые и красные пятна. Это районы наибольшей вулканической активности, где на обычных снимках извержения видны и хорошо просматриваемы. Вулкан Пеле и лавовый поток Локе — самый горячие области на поверхности спутника Ио. Температура в этих областях варьируется в пределах 100-130° ниже нуля по шкале Цельсия. Маленькие красные точки на температурной карте — кратеры действующих вулканов и места разломов в коре. Здесь температура достигает значений 1200-1300 градусов Цельсия.
Структура спутника
Не имея возможности высадиться на поверхность, ученые сегодня активно работают над моделированием структуры юпитерианской луны. Предположительно спутник состоит из силикатных пород, разбавленных железом, что свойственно строению планет земной группы. Это подтверждает и высокая плотность Ио, которая выше чем у ее соседей — Ганимеда, Каллисто и Европы.
Современная модель, составленная на основе данных, полученных космическими зондами, выглядит следующим образом:
- в центре спутника железное ядро (сульфид железа), составляющее 20% массы Ио;
- мантия, состоящая из минералов астероидной природы, находится в полужидком состоянии;
- жидкий подповерхностный слой магмы толщиной 50 км;
- литосфера у спутника состоит из соединений серы и базальта, достигая толщины 12-40 км.
Оценивая данные, полученные при моделировании, ученые пришли к выводу, что у спутника Ио ядро должно иметь полужидкое состояние. Если в нем присутствуют вместе с железом соединения серы, его диаметр может достигать 550-1000 км. Если же это полностью металлизированная субстанция, размеры ядра могут колебаться в пределах 350-600 км.
Ввиду того, что при исследованиях спутника не было обнаружено магнитного поля, процессы конвекции в ядре спутника отсутствуют. На этом фоне возникает естественный вопрос, каковы же истинные причины такой интенсивной вулканической деятельности, откуда вулканы Ио черпают свою энергию?
Незначительные размеры спутника не позволяют говорить о том, что разогрев недр небесного тела осуществляется за счет реакции радиоактивного распада. Основной источник энергии внутри спутника – приливное воздействие своих космических соседей. Под действием гравитации Юпитера и соседних спутников Ио совершает колебания, двигаясь по собственной орбите. Спутник словно раскачивается, испытывая во время движения сильную либрацию (равномерное покачивание). Эти процессы приводят к искривлению поверхности небесного тела, вызывая термодинамический нагрев литосферы. Это можно сравнить с изгибом металлической проволоки, которая в месте сгиба сильно нагревается. В случае с Ио все перечисленные процессы происходят в поверхностном слое мантии на границе с литосферой.
Спутник покрыт сверху отложениями — результатами вулканической деятельности. Их толщина варьируется в диапазоне 5-25 км в местах основной локализации. По своему цвету, это темные пятна, сильно контрастирующие с ярко-желтой поверхностью спутника, вызванные излияниями силикатной магмы. Несмотря на большое число действующих вулканов, общая площадь вулканических кальдер на Ио не превышает 2% от площади поверхности спутника. Глубина вулканических кратеров незначительна и не превышает 50-150 метров. Рельеф на большей части небесного тела равнинный. Только на некоторых участках присутствуют массивные горные цепи, например, комплекс вулкана Пеле. Помимо этого вулканического образования на Ио выявлены горный массив вулкана Патера Ра, горные цепи и массивы различной протяженностью. У большинства из них имеются названия, созвучные земным топонимам.
Вулканы спутника Ио и его атмосфера
Самыми любопытными объектами на спутнике Ио являются его вулканы. Размеры областей с повышенной вулканической активностью колеблются в диапазоне от 75 до 300 км. Еще первый «Вояджер» во время своего полета зафиксировал на Ио процесс извержения сразу восьми вулканов. Через несколько месяцев снимки, сделанные космическим кораблем «Вояджер» в 1979 году, подтвердили информацию, что извержения в указанных точках продолжаются. На том месте, где располагается самый крупный вулкан Пеле, была зафиксирована самая высокая температура на поверхности, +600 градусов по Кельвина.
Последующие изучения информации с космических зондов позволили ученым-астрофизикам и геологам разделить все вулканы Ио по следующим типам:
- самые многочисленные вулканы, которые имеют температуру 300-400 К. Скорость выброса газов составляет 500 м/с, а высота столба выбросов не превышает 100 км;
- ко второму типу относятся самые горячие и самые мощные вулканы. Здесь можно говорить о температурах в 1000К в самой кальдере вулкана. Для этого типа характерны высокая скорость выброса — 1,5 км/с, гигантская высота газового султана – 300-500 км.
Вулкан Пеле принадлежит как раз ко второму типу, имея кальдеру диаметром 1000 км. Отложения в результате извержений этого гиганта занимают огромную площадь — один млн. километров. Не менее интересным выглядит и другой вулканический объект – Патера Ра. С орбиты этот участок поверхности спутника напоминает морское головоногое животное. Змеевидные лавовые потоки, отходящие от места извержения, протянулись на 200-250 км. Тепловые радиометры космических аппаратов не позволяют точно определить природу этих потоков, как и в случае с геологическим объектом Локи. Диаметр его составляет 250 км и по всей вероятности это озеро, наполненное расплавленной серой.
Высокая интенсивность извержений и огромные масштабы катаклизмов не только постоянно меняют рельеф спутника и ландшафт на его поверхности, но и формируют газовую оболочку — подобие атмосферы.
Основной компонент атмосферы спутника Юпитера — диоксид серы. В природе это сернистый газ, не имеющий цвета, однако обладающий резким запахом. В качестве дополнения наряду с диоксидом серы в газовой прослойке Ио выявлены монооксид серы, хлорид натрия, атомы серы и кислорода.
Диоксид серы на Земле является распространенной пищевой добавкой, которая активно применяется в пищевой промышленности в качестве консерванта Е220.
Тонкая атмосфера спутника Ио неравномерна по своей плотности и толщине. Этим же непостоянством характеризуется и атмосферное давление спутника. Максимальное значение атмосферного давления Ио составляет 3 нбар и наблюдается в районе экватора на полушарии, обращенном к Юпитеру. Минимальные значения атмосферного давления выявлены на ночной стороне спутника.
Султаны раскаленных газов — не единственная визитная карточка спутника Юпитера. Даже при условии наличия сильно разряженной атмосферы, в экваториальной области над поверхностью небесного тела можно наблюдать сияния. Эти атмосферные явления связаны с воздействием космической радиации на заряженные частицы, поступающие в верхние слои атмосферы в процессе извержения вулканов Ио.
Исследования спутника Ио
Детальное исследование планет газовых гигантов и их систем началось в 1973-74 годах с миссий космических автоматических зондов «Пионер-10» и «Пионер-11». Эти экспедиции предоставили ученым первые снимки спутника Ио, на основании которых уже были сделаны более точные расчеты размеров небесного тела и его астрофизических параметров. Следом за «Пионерами» к Юпитеру отправились два американские космических зонда «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Второму аппарату удалось максимально приблизиться к Ио на расстояние 20 тыс. км и сделать более качественные снимки с близкого расстояния. Именно благодаря работе «Вояджеров» астрономы и астрофизики получили информацию о наличии на этом спутнике активной вулканической деятельности.
Миссию первых космических зондов, изучавших космическое пространство около Юпитера, продолжил аппарат НАСА «Галилео», запущенный в 1989 году. Спустя 6 лет корабль добрался до Юпитера, став его искусственным спутником. Параллельно с изучением планеты-гиганта автоматический зонд Галилео сумел передать на Землю данные о поверхности спутника Ио. Во время орбитальных полетов с борта космического зонда в земные лаборатории поступала ценная информация о строении спутника и данные о его внутренней структуре.
После непродолжительного перерыва в 2000 году эстафету в изучении самого уникального спутника Солнечной системы перехватил космический зонд НАСА и ЕКА «Кассини-Гюйгенс». Изучение и обследованием Ио аппарат занимался во время своего долгого путешествия к Титану — спутнику Сатурна. Самые последние данные о спутнике были получены с помощью современного космического зонда «Новые горизонты», пролетевшего вблизи Ио в феврале 2007 года по дороге к поясу Койпера. Новую порцию снимков представили ученым наземные обсерватории и космический телескоп «Хаббл».
В настоящее время на орбите Юпитера работает аппарат НАСА «Юнона». Помимо исследования Юпитера его инфракрасный спектрометр продолжает изучение вулканической деятельности спутника Ио. Данные, передаваемые на Землю, позволяют ученым осуществлять мониторинг действующих вулканов на поверхности этого интереснейшего небесного тела.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Ио, спутник , названный по имени любовницы бога Зевса, представляет собой удивительно интересный и смертельно опасный мир, который скорее можно назвать воплощением ада. Ио относится к четырем галилеевым спутникам, и все они очень отличаются друг от друга, и каждый из них представляет собой особый мир, способный поразить даже очень богатое воображение. Ио тоже не исключение.
Землетрясения и извержения вулканов даже на Земле выглядят устрашающе, а она куда как больше этого небольшого спутника, имеющего диаметр всего в 1131 км. Однако это самый активный в геологическом плане объект Солнечной системы! Всяческие катаклизмы там происходят постоянно, множество вулканов извергаются, а ландшафт постоянно меняется.
Ио из всех галилеевых спутников расположен ближе всех к Юпитеру – расстояние от него всего 422 тысячи километров, немного больше, чем от Земли до Луны. Сформировался же он в основном из силикатных пород и железа, имеет горячее железное ядро. Кстати, в этом его отличие от большинства других спутников, которые обычно представляют собой мертвый кусок камня или льда.
Под действием Юпитера и других крупных спутников Ио буквально корежит, а недра его постоянно разогреваются. Если небольшая Луна вызывает своей гравитацией на Земле приливы и отливы, то можно представить, какие катаклизмы вызывает на Ио такой гигант, как Юпитер.
Галилеевы спутники Юпитера. Ио - справа.
Вот лишь несколько самых любопытных фактов:
Ио, спутник Юпитера, при своем небольшом размере имеет очень большие горы. Гора Южная Боосавла вдвое выше земной Джомолунгмы. И такие горы появляются из-за сжатия коры спутника.
На Ио постоянно происходят извержения вулканов, из-за приливного действия Юпитера и других спутников. Вулканы извергают серу и её соединения на высоту до 500 км. Мало того, следы серы с Ио обнаруживаются и на орбите спутника, и даже на других спутниках, например, на , она имеется прямо на ледяной поверхности.
Извержения вулканов на Ио, спутнике Юпитера
Извержения вулканов порождают потоки лавы, растекающиеся на 500 км от вулканов. Из-за преимущественно серного состава поверхность Ио имеет причудливые цвета. А благодаря обильному истечению лавы и пеплу ландшафт его постоянно меняется. Плюс регулярные землетрясения могут воздвигнуть горы там, где их до этого не было, и сравнять там, где они были.
Эти же извержения создают тонкую атмосферу вокруг Ио, в которой, кстати, иногда бывают и полярные сияния.
Извержение в патерах Тваштара, снятое аппаратом «Новые горизонты» в 2007 году.
Температура на поверхности – около -200 градусов, зато на вершинах вулканов может достигать 3000 градусов. Снег из диоксида серы – типичное явление.
Так что спутник Юпитера Ио – очень зловещий, опасный, но по-своему красивый и очень любопытный мир. Это мир огня и серы, как типичный ад, только в реальности.
Кроме Ио и Земли, действующих вулканов пока не обнаружено нигде в Солнечной системе.
Открытие Ио, спутника Юпитера
Когда Галилео Галилей 7 января 1610 года навел свой самодельный телескоп на Юпитер, он обнаружил всего три спутника. Ио и Европа слились в один объект, и Галилей не смог их рассмотреть. Однако уже на следующий день он ясно увидел, что спутников все-таки четыре, поэтому датой открытия Ио считается 8 января 1610 года.
Кстати, Галилей назвал этот спутник Юпитером I, и лишь немного позднее Симон Марий дал ему нынешнее название, поддержав предложение Иоганна Кеплера называть все спутники Юпитера в честь любовниц бога Зевса (Юпитера). Правда, названия эти тогда не прижились, и лишь в середине 20 века спутник Ио снова стали так называть – до этого он так и был Юпитером I.
Любопытно, что, согласно мифам, Зевс изнасиловал юную Ио, а потом превратил её в корову, чтобы про сей факт не узнала жена – Гера.
Наблюдение Ио
После открытия этого спутника два века подряд ни один астроном не смог увидеть на нем никаких деталей. Лишь на рубеже 19-20 веков появились достаточно мощные инструменты, которые позволили что-то увидеть. Плюс спектрографические и другие исследования помогли кое-что узнать о природе Ио и подтвердить вулканическую активность. Основные данные и качественные фотографии были получены лишь благодаря космическим зондам и телескопу
Обычный любитель астрономии, вооруженный гораздо более скромными инструментами, увидит Ио лишь как звезду. Кстати, уже в 8-10-кратный бинокль Ио можно прекрасно увидеть, когда спутник находится на достаточном расстоянии от Юпитера и не сливается с ним. В телескоп, даже довольно скромный, различить все 4 галилеевых спутника вообще не представляет труда.
80-мм рефрактор с качественной оптикой позволяет наблюдать прохождение теней от спутников по диску Юпитера. Более крупный инструмент даст возможность увидеть разницу в резкости этих теней. Можно видеть этот процесс более крупным планом, что довольно интересное занятие. Иногда удается увидеть двойное или даже тройное прохождение теней. Так же можно увидеть оттенок спутника – у Ио он желтый благодаря обилию серы.
Во время противостояния можно увидеть одновременно прохождение самого спутников и их теней по диску Юпитера. Наблюдать их на фоне неба гораздо сложнее, из-за неполной фазы и темного фона.
Ио - спутник Юпитера, самый близкий к планете из четырёх галилеевых спутников. Диаметр Ио делает его четвёртым по величине
спутником в Солнечной системе. Назван в честь мифологической Ио - жрицы Геры и возлюбленной Зевса.
Ио сыграла значительную роль в развитии астрономии XVII-XVIII веков. Ее, вместе с другими галилеевыми спутниками, открыл
Галилео Галилей в 1610 году. Это открытие способствовало принятию модели Солнечной системы Коперника, разработке законов движения планет Кеплера и
первому измерению скорости света. Ио наблюдали только как яркую точку вплоть до конца XIX - начала XX века, когда стало возможным рассмотреть самые
большие детали её поверхности - тёмно-красный полярный и светлый экваториальный районы.
Названия галилеевым спутникам дал Симон Марий. В 1614 году вышла его публикация Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope
Perspicilli Belgici, в которой он предложил названия для ближайших спутников Юпитера, включая «Меркурий Юпитерианский» или первую из «Юпитерианских
планет». Он поддержал предложение Иоганна Кеплера, сделанное в 1613 году, - называть спутники этой планеты в честь возлюбленных Зевса или его римского
эквивалента. Крупнейшую из внутренних лун - Ио - он назвал в честь Ио из греческой мифологии. Потом названия, предложенные Марием, были забыты и вышли
из употребления вплоть до середины 20-го столетия. В более ранней литературе Ио именуется по планетной принадлежности с добавлением римской цифры,
например, «Юпитер I», или просто «первая луна Юпитера».
Детали рельефа Ио именуются в честь персонажей и местностей из мифа об Ио, в честь божеств огня, вулканов, Солнца и грозы
из различных мифов, а также в честь персонажей и мест из Ада Данте, подходящих для поверхности вулканической природы. С тех пор как поверхность Ио была
достаточно подробно изучена «Вояджером-1», названия получили 225 вулканов, гор, плато и областей с высоким альбедо. Наименованные детали рельефа относятся
к таким типам:
Патера (лат. patera) - вулканический кратер неправильной формы,
- поток (fluctus) - лавовый поток,
- долина (vallis) - лавовый канал,
- эруптивный центр - местность, где заметны первые признаки извержения,
- гора (mons),
- столовая гора (mensa),
- купол (tholus),
- плато (planum),
- область (regio).
Диаметр спутника 3640 км (несколько больше Луны - 3474 км), средняя плотность - 3,5 г/см 3 , масса - 8,93*10 22 кг (на 20% больше массы Луны). Ио совершает один оборот вокруг Юпитера за 1,77 земных суток, для спутника характерно синхронное вращение: Ио всегда повернута к Юпитеру одним и тем же полушарием. Большая полуось орбиты Ио составляет 422 тыс. км. С учетом огромного радиуса Юпитера Ио движется над верхней кромкой облаков планеты на высоте примерно 350 тыс. км, что несколько меньше расстояния от Земли до Луны (384 тыс. км).
| ХАРАКТЕРИСТИКИ ИО | |
| Другие названия | Юпитер I |
| Открытие | |
| Первооткрыватель | Галилео Галилей |
| Дата открытия | 8 января 1610 |
| Орбитальные характеристики | |
| Перийовий | 420 000 км |
| Апойовий | 423 400 км |
| Средний радиус орбиты | 421 700 км |
| Эксцентриситет орбиты | 0,0041 |
| Сидерический период обращения | 1,769 137 786 д |
| Орбитальная скорость | 17,334 км/с |
| Наклонение | 2,21° (к эклиптике) 0,05° (к экватору Юпитера) |
| Физические характеристики | |
| Размеры | 3 660,0 x 3 637,4 x 3 630,6 км |
| Средний радиус | 1 821,3 км (0,286 земного) |
| Площадь поверхности | 41 910 000 км 2 |
| Объём | 2,53*10 10 км 3 |
| Масса | 8,9319*10 22 кг |
| Средняя плотность | 3,528 г/см 3 |
| Ускорение свободного падения на экваторе | 1,796 м/с 2 (0,183 g) |
| Первая космическая скорость | 1,809 км/с |
| Вторая космическая скорость | 2,558 км/с |
| Экваториальная скорость вращения | 271 км/ч |
| Период вращения | синхронизирован (повёрнут к Юпитеру одной стороной) |
| Наклон оси | неизвестен |
| Альбедо | 0,63 +/- 0,02 |
| Видимая звёздная величина | 5,02 (противостояние) |
| Температура | |
| Поверхностная | мин. 90 K / ср. 110 K / макс. 130 K |
| Атмосфера | |
| Атмосферное давление | следовое |
| Состав: | 90% диоксид серы |
| ХАРАКТЕРИСТИКИ ИО | |
Вулканизм Ио
Рельеф Ио в основном равнинный, но имеются отдельные высокие вершины. Например, у южного полюса спутника находится гора Хемус высотой 10 км и с основанием 150x80 км. Поверхность спутника имеет желто-оранжевый цвет, что объясняется большим количеством сернистых соединений в грунте. Предполагается, что толщина отложений серы, сернистого газа (в виде инея) и других материалов может достигать 20 км. Эти особенности связаны с мощной вулканической деятельностью Ио. Здесь обнаружено более 400 вулканов разных размеров, в том числе интенсивно извергающихся. По поверхности спутника растекаются потоки лавы, кроме того, мощные выбросы вулканических газов достигают высот 300...500 км. АМС «Галилео», находившаяся на орбите искусственного спутника Юпитера, прошла сквозь газовый султан вулкана Тор. В составе выброса были обнаружены микроскопические хлопья, состоящие из 15...20 молекул оксида серы SO 2 . Этот материал выбрасывается в открытый космос (атмосферы у Ио в земном понимании нет) со скоростью около 1 км/с. Крупнейшим из вулканов Ио является Пеле, названный в честь гавайской богини вулканов. Вулканические выбросы Пеле покрывают гигантскую территорию площадью более 1 млн кв. км. В центре комплекса Пеле расположены горные массивы. Несмотря на то, что на поверхности удаленной от Солнца и лишенной атмосферы Ио типичная температура -130°С...-140°С, обнаружены горячие области с температурами около 0°С, +100°С и даже более +300°С. Всего таких областей более 10, они занимают около 2% поверхности спутника.
Вулканы Ио можно разделить на несколько типов. Первая группа вулканов отличается температурой +80...+130°С и скоростью выброса газовых продуктов около 500 м/с.
Высота выбросов достигает 100 км (выпадающий материал - белесого цвета). Таких на Ио большинство.
Вторая группа вулканов отличается очень высокой температурой кальдеры (котлообразные впадины с плоским дном, иногда заполненные жидкой лавой), высокой скоростью выброса (1 км/с) и высотой султанов до 300 км и более. Так, обнаружены лавовые озера с температурой более 1000°С). Их типичная особенность - темная кольцевая «окантовка» в нескольких сотнях километров от кальдер. Сюда относятся вулканы Пеле, Сурт и Атен. Общее количество вулканических кальдер – несколько десятков, большинство из них – с застывшей лавой.
 |
| Перед облетами обоих «Вояджеров» команду Лаборатории реактивного движения NASA больше всего волновала точная навигация космических аппаратов. Одним из методов, применявшихся для решения этой проблемы, было выполнение снимков спутников и планет на фоне звезд - чтобы «неподвижные» положения более дальних звезд можно было использовать для определения местонахождения движущихся объектов. Восьмого марта 1979 года «Вояджер-1» прислал один из таких снимков, на котором было видно небо над краем диска Ио. Сотрудница из команды, отвечавшей за навигацию, Линда Морабито, обработала изображение, чтобы увеличить видимость тусклых звезд. В результате на фото «проявилось» огромное сияющее облако над Ио. Первый из восьми шлейфов, обнаруженных на снимках «Вояджера-1», вскоре получил название Пеле в честь гавайской богини вулканов. |
| СПУТНИК ЮПИТЕРА ИО |
Один из наиболее интересных объектов на Ио - так называемая патера Локи (названная в честь скандинавского бога огня). Патера Локи представляет собой круглое темное озеро из жидкой серы диаметром около 250 км. В центре находится некий светлый объект, который интерпретируется как плавающий «айсберг» из твердой серы. В 300 км к северу виден разлом длиной около 200 км с таким же темным дном, имеющий такой же «айсберг». С обеих сторон разлома в небо бьют на высоту до 250 км два белых газовых выброса. Один вулкан Локи превышает по мощности все вместе взятые вулканы на Земле.
 |
| Патера Локи (в виде подковы) |
| СПУТНИК ЮПИТЕРА ИО |
Внимание исследователей привлекает и вулкан Прометей, который извергается непрерывно уже по крайней мере 20 лет. Активный лавовый поток протяженностью в 500 км изливается из жерла вулкана, названного по имени Амирани - грузинского аналога титана Прометея, подарившего людям огонь.
Активный вулканизм Ио стремительно меняет ландшафты спутника. За время, прошедшее между съемками спутника с аппаратов «Вояджер» и аппарата «Галилео», карта Ио разительно изменилась: появились новые вулканические объекты, изменилась форма лавовых потоков. Вулканизм также придаёт поверхности Ио уникальные особенности. Вулканический пепел и потоки лавы постоянно изменяют поверхность и окрашивают её в различные оттенки жёлтого, белого, красного, чёрного и зелёного (во многом благодаря аллотропам и соединениям серы). Потоки лавы на Ио достигают длины 500 километров. Вулканические выбросы создают тонкую неоднородную «атмосферу» Ио и потоки плазмы в магнитосфере Юпитера, в том числе огромный плазменный тор вокруг него.
 |
|
Большинство химических элементов образуют одну-две связи с другими атомами и поэтому, как правило, имеют довольно простые молекулы. Однако сера
способна создавать до шести различных связей и, таким образом, формировать гораздо более крупные молекулы. Сами атомы серы могут связываться друг с
другом в 30 различных комбинациях и образовывать вещества, различные по строению и свойствам, так называемые аллотропы. Преобладающий желтоватый
цвет поверхности Ио обусловлен присутствием наиболее распространенного аллотропа серы с молекулой из восьми атомов – S 8 .
Близ полярных районов эти молекулы, подвергаясь радиации магнитосферы Юпитера, разделяются на более короткие цепочки S 3 и S 4 , там сера приобретает более красноватый оттенок. Более «чистая» сера из шлейфов имеет форму простых двухатомных молекул - S 2 . Однако эти молекулы стабильны только при высоких температурах, поэтому, опускаясь на поверхность, атомы превращаются в цепочки S 3 и S 4 , что объясняет красноватые кольца, окружающие шлейфы. |
| АЛЛОТРОПЫ СЕРЫ |
На Ио не обнаружены метеоритные кратеры, что позволяет сделать выводы, что поверхность спутника очень молода - самым старым объектам не более 1 млн лет.
Разогрев недр Ио
Причины мощной вулканической активности Ио состоят в следующем. Разогрев недр спутника вызывается мощными приливными воздействиями со стороны гигантской массы близко находящегося Юпитера, соседнего спутника - Европы, и отчасти Ганимеда. Такой разогрев зависит от расстояния между Ио и Юпитером, эксцентриситета её орбиты, состава и физических характеристик её недр. Рассмотрим это воздействие подробнее.
Во-первых, Ио, как указано выше, всегда повернута одной и той же стороной к Юпитеру. С этой и с противоположной стороны на спутнике сформировались приливные выступы высотой в несколько километров, вытянувшие фигуру спутника вдоль линии, направленной к центру Юпитера. Орбита Ио немного отличается от окружности. Движение по слабо вытянутому эллипсу приводит, по второму закону Кеплера, к ускорению и замедлению движения на разных участках орбиты, в результате возникают либрации - своеобразные «покачивания» относительно среднего положения. Когда приливной выступ отклоняется от прямой, соединяющей центры масс Юпитера и Ио, в теле Ио возникает напряжение. Кора Ио деформируется, оценки показывают, что поверхность спутника может прогибаться на 100-500 м (в отличие от нескольких десятков сантиметров в теле Земли за счет лунных приливов).
 |
|
В течение многих миллионов лет приливы замедлили скорость вращения спутника вокруг своей оси, пока, в конце концов, период его
вращения не стал равным периоду его обращения вокруг родительской планеты, а направление приливных сил, действующих на спутник, стало постоянным.
Всего за несколько дней до того, как «Вояджер-1» обнаружил вулканическую активность на Ио, команда ученых, возглавляемая Стэнтоном Пилом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, спрогнозировала подобные условия на этом спутнике. В своей революционной работе Пил вместе с учеными НАСА Патриком Кассеном и Рэем Т. Рейнолдсом утверждал, что хотя Ио и Европа теоретически должны выйти на круговые орбиты, сила тяжести каждого спутника оказывает взаимное влияние на оба тела, так что их орбиты остаются слегка вытянутыми. Ученые также предсказали, что из-за этого Ио и Европа будут подвергаться деформации, и результаты этого, возможно, будут заметны на изображениях поверхности Ио. За точный прогноз команда ученых была удостоена престижной премии Newcomb Cleveland Prize Американской ассоциации содействия развитию науки. |
| СИНХРОНИЗАЦИЯ |
Во-вторых, на состояние Ио оказывают влияние Европа и в определенной степени Ганимед. Периоды обращения Ио, Европы и Ганимеда находятся в резонансе: 1,77; 3,55 и 7,15 суток и относятся как 1:2:4 - один оборот Ганимеда равен двум оборотам Европы и четырем оборотам Ио. Как только Ио сближается с Европой, а затем с Ганимедом, гравитационное влияние Европы искажает орбиту Ио и поддерживает эксцентриситет. Орбитальный резонанс поддерживает и текущий радиус орбиты Ио (иначе приливы на Юпитере заставляли бы Ио медленно удаляться от него). В итоге Ио дважды за оборот вокруг Юпитера меняет параметры орбиты, смещаясь радиально вверх и вниз по отношению к Юпитеру почти на 10 км. Это влияние увеличивает отличие орбиты от окружности, а значит, усиливает вариации скорости движения Ио вокруг Юпитера и, как следствие, амплитуду либраций.
Приливный разогрев даёт примерно в 200 раз больше тепла, чем радиоактивный распад. Модели орбиты Ио показывают, что мощность приливного разогрева недр Ио изменяется со временем, и текущий тепловой поток не репрезентативен для долгосрочной перспективы.
За счет результирующих мощных деформаций литосфера Ио изгибается под воздействием приливных сил и нагревается, подобно тому, как нагревается изгибаемая проволока. В недрах Ио выделяется огромная энергия (до 10й, или 100 трлн Вт), расплавляющая вещество спутника. Согласно некоторым моделям уже на глубине 20...30 км под поверхностью все недра спутника расплавлены. Мощность, рассеиваемая в приливных взаимодействиях, оценивается примерно в 2 Вт/м 2 , что в 30 раз превышает поток тепла, который выделяется через поверхность Земли.
Источником энергии, которая выделяется в недрах спутников в результате приливных деформаций, служит вращение Юпитера.
Выбросы в космос огромного количества вещества вулканами Ио приводят к образованию на ее орбите гигантского облака из водорода, паров серы, натрия и других элементов. Облако имеет форму бублика (тора), охватывающего орбиту Ио. Вулканы Ио непрерывно поставляют в тор огромное количество вещества – по некоторым оценкам, до 2...3 тонны вещества в секунду.
Ио обладает собственной ионосферой - оболочкой из заряженных частиц. Двигаясь внутри магнитосферы Юпитера, ионосфера Ио осуществляет своеобразную сортировку частиц с разными электрическим зарядами, когда отрицательные заряды смещаются в одну сторону, положительные - в другую. Возникает разность потенциалов в 400 кВ. Когда Ио попадает в определенные положения на своей орбите, а точнее пересекает линии магнитного поля, возникает электрический разряд между Юпитером и Ио, причем сила тока (определяемого потоком заряженных частиц) достигает нескольких миллионов ампер. Ионосфера Юпитера перенаправляет поток частиц обратно к Ио, электрический контур замыкается. Этот грандиозный электрический генератор вызывает всплеск радиоизлучения в дециметровом диапазоне. Мощность этой энергосистемы Юпитер-Ио в 20 раз превышает суммарную мощность всех земных электростанций всех типов.
Существует гипотеза, согласно которой электромагнитные силы могут вносить вклад в нагрев недр Ио: движение спутника в неоднородном магнитном поле Юпитера должно порождать электрические токи внутри Ио, нагревающие глубинные слои этого небесного тела.
Ио играет важную роль в формировании магнитного поля Юпитера. Магнитосфера Юпитера вбирает в себя газы и пыль из тонкой атмосферы Ио со скоростью 1 тонна в секунду. Эта материя в основном состоит из ионизированной и нейтральной серы, кислорода и хлора; атомарного натрия и калия; молекулярного диоксида серы и серы; а также пыли хлорида натрия. Они выбрасываются вулканами Ио, попадают в её атмосферу, а далее - в магнитосферу Юпитера и, иногда, в межпланетное пространство. Вся эта материя, в зависимости от её состава и степени ионизации, оказывается в различных нейтральных облаках и радиационных поясах юпитерианской магнитосферы, а иногда и покидает пределы системы Юпитера.
Ио окружает атомарное облако из серы, кислорода, натрия и калия. Оно тянется до расстояния от её поверхности, равного примерно шести её радиусам. Эти частицы приходят из верхних слоёв атмосферы спутника. Они возбуждаются из-за столкновений с частицами плазменного тора и других процессов в сфере Хилла Ио, где её сила тяжести преобладает над юпитерианской. Часть всей этой материи покидает атмосферу и выходит на орбиту вокруг Юпитера. В течение 20 часов эти частицы покидают сферу Хилла Ио и формируют бананообразное нейтральное облако, которое может распространятся на расстояние до 6 юпитерианских радиусов от Ио - или внутри орбиты Ио и перед спутником, или вне орбиты Ио и позади спутника. Столкновения, которые возбуждают частицы, также иногда снабжают электронами ионы натрия в плазменном торе, и образовавшиеся нейтральные атомы вылетают из тора. Однако эти частицы всё ещё сохраняют свою скорость в 70 км/с (тогда как орбитальная скорость Ио - 17 км/с) и формируют струи вещества позади Ио.
Тор Ио - это пончикообразное кольцо
ионизированной серы, кислорода, натрия и хлора. Плазма в нём образуется из нейтральных атомов «облака», окружающего Ио, которые ионизируются и увлекаются
магнитосферой Юпитера. В отличие от частиц нейтрального облака, эти частицы обращаются вокруг Юпитера совместно с его магнитосферой на скорости 74 км/с.
Как и остальная часть магнитосферы Юпитера, плазменный тор наклонён к экватору Юпитера (и к орбитальной плоскости Ио). Это означает, что Ио находится
то выше, то ниже ядра тора. Как было отмечено выше, более высокая скорость и энергия этих ионов частично ответственны за утечку нейтральных атомов и
молекул из атмосферы Ио и протяжённого нейтрального облака. Тор состоит из трёх частей: внешнего «тёплого» тора, который располагается сразу за орбитой
Ио; вертикально-широкого региона, известного как «лента» и состоящего из нейтральной области-источника, а также охлаждённой плазмы, расположенной в
районе орбиты Ио; а также внутренней части, «холодного» тора, состоящего из частиц, которые медленно по спирали двигаются к Юпитеру. После примерно
40-дневного пребывания в «тёплом торе» частицы его покидают. Частично они ответственны за необычайно большую магнитосферу Юпитера. Частицы с Ио были
обнаружены датчиками КА «Новые Горизонты» по вариациям магнитосферной плазмы очень далеко от спутника (в хвосте магнитосферы). Чтобы изучать подобные
изменения внутри плазменного тора, исследователи измеряют его ультрафиолетовое излучение. Пока такие перемены не были окончательно увязаны с переменами
в вулканической активности Ио (основного источника материи в плазменном торе), считается, что их причиной служит нейтральное облако натрия.
Приближаясь к Юпитеру в 1992 году, КА «Улисс» зафиксировал поток пылевидных частиц, направленный из системы Юпитера. Пыль в
этих потоках удаляется от Юпитера на скоростях в несколько сот километров в секунду, имеет размер около 10 μm и состоит в основном из хлорида натрия.
Исследования пыли, проведённые «Галилео», выявили, что пылевые потоки происходят с поверхности Ио, но точный механизм их формирования неизвестен: они
могут быть результатом вулканической активности или столкновений с поверхностью Ио.
Линии магнитного поля Юпитера, которые пересекают Ио, соединяют атмосферу Ио и нейтральное облако с верхними слоями полярной
атмосферы Юпитера электрическим током, известным как потоковая трубка Ио. Этот ток служит причиной полярных сияний в юпитерианской атмосфере, которые
именуются «следом Ио», а также сияний в атмосфере Ио. Частицы, идущие по этой трубке, делают полярные области Юпитера тёмными в видимом свете.
Местоположение Ио и её «следа» в атмосфере Юпитера относительно Земли и Юпитера сильно влияет на интенсивность наблюдаемого радиоизлучения Юпитера:
она сильно увеличивается, когда Ио в зоне видимости.
Линии юпитерианского магнитного поля, проходящие сквозь ионосферу Ио, генерируют электрические токи, которые создают магнитное поле в недрах Ио.
Считается, что индуцированное магнитное поле Ио генерируется в частично расплавленной силикатной магме в 50 километрах под поверхностью спутника.
Схожие индуцированные магнитные поля «Галилео» обнаружил и на остальных галилеевых спутниках, где они генерируются предположительно подповерхностными
водными океанами.
На спутнике Юпитера Ио происходят настоящие извержения вулканов — это единственное небесное тело Солнечной системы, кроме Земли, где происходят подобные явления. В ходе последних исследований учёные выяснили, что извержения вулканов на Ио - не просто частое, а даже постоянное явление.
«Мы ожидаем мощного извержения раз в один-два года, и они, как правило, не такие яркие. А здесь у нас [в августе прошлого года - авт.] случилось три очень мощных извержения, которые позволяют предположить, что если мы будем наблюдать чаще, то увидим больше извержений на Ио», - говорит Имке где Патер, профессор Калифорнийского университета, автор одной из научных статей по извержению вулканов на Ио.
Три мощные извержения на Ио, которые произошли в течение двух недель. Фото: Katherine de Kleer/UC Berkeley/Gemini Observatory
Извержение на Ио. Фото: NSF/NASA/JPL-Caltech//UC Berkeley/Gemini Observatory/W. M. Keck Observatory
Интересным в этих явлениях является то, что в отличие от Земли, у спутника Юпитера Ио слабое гравитационное поле, поэтому раскалённая лава поднимается над поверхностью небесного тела на значительную высоту. Благодаря этому изверженное вещество за короткий период времени расплёскивается на сотни квадратных километров.
Извержения вулканов, снятые в инфракрасном спектре. Фото: NASA/JPL/IRTF
Так, одно из таких извержений произошло в прошлом году, когда образовался 10-метровый по высоте поток лавы, который накрыл 130 квадратных километров поверхности Ио. Другое извержение накрыло территорию невероятной величины - 310 квадратных километров.
О существовании на поверхности Ио действующих вулканов стало известно благодаря исследованиям НАСА в 1979 году. С тех пор до 2006 года наблюдалось 13 значительных извержений - отчасти потому, что количество астрономов, которые следили за поверхностью спутника, было маленьким, и многие важные явления попросту оставались без их внимания.
Извержения вулканов на Ио на фоне Юпитера. Фото: NASA/JPL/IRTF
Сейчас на карте Ио отмечены два десятка действующих вулканов. Исследователи считают, что изучая их, они лучше поймут, что происходило миллионы лет назад на поверхности Земли во времена её формирования.Ио - один из самых больших спутников Юпитера. Больше всего он интересен тем, что на его поверхности расположено более четырех сотен активных вулканов. Его уникальность состоит в том, что во всей Солнечной системе вулканическая активность проявляется только на Ио и на Земле.
История открытия
Спутники Юпитера были открыты еще Галилео Галилеем в 1610 году. Ему удалось увидеть на орбите газового гиганта целых четыре луны. Тогда ученый не стал давать им имена, а лишь обозначил порядковыми номерами - Ио был первым.
Четыре года спустя, Симон Мариус, который также увидел спутники, предложил дать им названия. Ио была жрицей в древнегреческой мифологии.
Характеристики
Ио имеет форму шара, сплюснутого на полюсах. Его радиус по экватору составляет 1830 км.
Плотность спутника Юпитера составляет 3,55 г/м 3 , три остальные луны имеют меньший показатель, снижающийся по мере удаленности от планеты.
Во вращении Ио примечательно то, что он делает полный оборот вокруг собственной оси за такое же время, как и вокруг планеты. Поэтому он всегда повернут к Юпитеру только одной стороной. Происходит этот оборот за 42 наших часа.
Этот спутник Юпитера не похож на три других. Он покрыт различными отложениями из-за множества активных вулканов на нем. Поверхность Ио ярко-желтая с темными пятнами, в основном она ровная с редко встречающимися кратерами и небольшими наклонными горными массивами - они наклонены из-за сжимания литосферы. Воды там нет, но ледники имеются.
Атмосфера
У Ио есть атмосфера во многом благодаря вулканам. Она состоит из диоксида серы, кислорода и хлорида натрия. Атмосферный слой очень тонкий и неравномерный, поэтому и давление везде разное.
На этом спутнике даже встречаются северные сияния из-за космической радиации. Температура самых холодных участков луны Юпитера - 184 градуса, а самых жарких - 1527, да, здесь всегда очень жарко.
- На вершинах вулканов Ио температура может достигать 3000 градусов.
- На этом спутнике Юпитера идет снег, правда состоит он из диоксида серы.
- Здесь часто меняется рельеф из-за землетрясений и вулканической активности. То есть, там, где раньше были равнины, могут вырасти горы, и наоборот.
- На Ио могла быть вода в момент его образования. Но ей не суждено было там остаться из-за сильных излучений Юпитера.
