Спутник Юпитера Ио давно считается одним из самых необычных объектов Солнечной системы. Это самый вулканически активный мир из всех известных астрономам: его поверхность буквально покрыта действующими вулканами, потоками лавы и гигантскими кальдерами. Однако новые данные миссии Juno показывают, что учёные, возможно, десятилетиями серьёзно недооценивали количество тепла, которое выделяет этот спутник. Согласно новому исследованию, реальная тепловая мощность Ио может быть выше прежних оценок почти на порядок.
Ио — третий по размеру спутник Юпитера и один из четырёх крупных галилеевых спутников, открытых Галилео Галилеем ещё в XVII веке. По размерам он немного больше Луны, однако по геологической активности превосходит все тела Солнечной системы. На поверхности Ио обнаружено более 400 вулканических структур, а активных горячих точек — не менее 266.
Главная причина столь экстремального вулканизма — мощное приливное воздействие Юпитера и соседних спутников Европы и Ганимеда. Ио постоянно испытывает гравитационные деформации: спутник буквально «сжимается» и «растягивается» под действием колоссальных приливных сил. Эти деформации разогревают внутренние слои и создают огромные объёмы тепла.
Современные исследования Ио во многом связаны с миссией NASA Juno. Хотя аппарат изначально создавался для изучения Юпитера, после расширения миссии он начал выполнять близкие пролёты возле спутников газового гиганта. Особую роль сыграл инфракрасный прибор JIRAM — Jupiter InfraRed Auroral Mapper. Именно он позволил получить новые данные о вулканах Ио.
Исследователи сосредоточились на так называемых патерах — гигантских вулканических впадинах, заполненных лавой. По сути, многие из них представляют собой огромные лавовые озёра. Ранее при оценке теплового излучения таких структур учёные в основном анализировали данные в M-диапазоне инфракрасного спектра. Проблема оказалась в том, что этот диапазон хорошо фиксирует только самые горячие участки лавовых озёр, но практически не замечает более холодные области.
Новая работа показала, что лавовые озёра Ио имеют сложную тепловую структуру. В центре большинства озёр располагается относительно холодная корка с температурой около 220–230 кельвинов. Она образуется из застывающей лавы и действует как теплоизолирующая крышка над расплавленной магмой. По краям же находятся гораздо более горячие участки, температура которых может достигать 900 кельвинов. Именно эти раскалённые области раньше и считались основным источником тепла.
Однако новые расчёты показали, что основную долю теплового излучения дают вовсе не самые горячие зоны. Центральные охлаждённые корки хотя и имеют более низкую температуру, занимают огромные площади. В сумме они выделяют значительно больше энергии, чем небольшие горячие края лавовых озёр.
Авторы исследования проанализировали 30–32 лавовых озера Ио. Особенно показательным оказался объект P63. Ранее его тепловую мощность оценивали примерно в 7 гигаватт, а некоторые модели допускали до 20 гигаватт. Но новые данные JIRAM показали значение около 80 гигаватт. Это в несколько раз выше прежних оценок.
Если подобная ошибка характерна и для других вулканических структур Ио, то общий тепловой поток спутника может оказаться примерно в 10 раз выше, чем предполагалось ранее. Для планетологии это крайне важный результат, поскольку тепловой баланс напрямую связан со строением недр спутника и механизмами приливного нагрева.
Полученные данные также усиливают аргументы в пользу существования глобального магматического океана под поверхностью Ио. Эта гипотеза обсуждается уже много лет. Ранее анализ данных Galileo и Juno указывал, что под корой спутника может находиться слой расплавленной магмы толщиной около 50 километров. Новые карты теплового излучения дополнительно поддерживают эту модель.
Исследование позволило оценить и возраст поверхностной корки лавовых озёр. Модели охлаждения показали, что корка с температурой около 200 кельвинов может иметь возраст примерно 13 лет. При этом средний цикл обновления поверхности оценивается в 8–10 лет.
Но здесь возникла новая загадка. У человечества есть изображения Ио, полученные аппаратами Voyager в 1979 году, Galileo в 1990-х и Juno в последние годы. Несмотря на предполагаемое быстрое обновление поверхности, глобальная морфология многих лавовых озёр за десятилетия заметно не изменилась. Это противоречие пока не имеет окончательного объяснения.
Авторы работы подчёркивают, что исследование имеет ограничения. Прибор JIRAM не может идеально определять реальные размеры холодных корок лавовых озёр, поэтому учёным пришлось частично использовать старые данные Voyager и Galileo. Кроме того, не все вулканические структуры Ио являются полноценными лавовыми озёрами, поэтому переносить результаты на весь спутник пока преждевременно.
Тем не менее работа уже считается важной для понимания внутреннего строения Ио. Спутник давно остаётся одной из главных загадок планетологии. Даже расположение его вулканов частично не совпадает с существующими моделями приливного нагрева. Некоторые исследования показывали, что активные вулканы смещены относительно областей, где теоретически должно концентрироваться максимальное тепло.
Ио уникален ещё и тем, что его вулканизм принципиально отличается от земного. На Земле активность связана в основном с тектоникой плит и радиоактивным распадом внутри планеты. На Ио главным источником энергии выступает гравитационное взаимодействие с Юпитером. Из-за этого поверхность спутника непрерывно меняется: огромные выбросы серы и лавы покрывают её новыми слоями вещества, а некоторые вулканические шлейфы поднимаются на сотни километров в космос.
Новые результаты также важны для понимания других миров Солнечной системы. Исследования приливного нагрева применяются не только к Ио, но и к Европе, Энцеладу и другим спутникам, где под ледяной корой могут существовать подповерхностные океаны. Понимание того, как именно распределяется тепло внутри Ио, помогает уточнять модели внутренней эволюции спутников планет-гигантов в целом.
Миссия Juno продолжает работу возле Юпитера, поэтому количество данных об Ио будет расти. Учёные рассчитывают уточнить тепловой баланс спутника, проверить существование глобального магматического океана и понять, насколько быстро реально обновляется его поверхность. Уже сейчас ясно, что Ио остаётся одним из самых геологически активных и плохо изученных миров Солнечной системы, а его внутреннее устройство оказалось сложнее, чем считалось ещё несколько лет назад.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
