З ім'ям Галілео Галілея пов'язані найбільш важливі астрономічні відкриття в історії вивчення космосу. Саме завдяки цій талановитій і наполегливій італійцеві, світ в 1610 році вперше дізнався про існування чотирьох супутників Юпітера. Спочатку ці небесні об'єкти отримали збірна назва - Галілеєві супутники. Пізніше, кожному з них присвоїли свою назву: Іо, Європа, Ганімед і Каллісто. Кожен з чотирьох найбільших супутників Юпітера по своєму цікавий, проте саме супутник Іо виділяється серед інших галілеєвих супутників. Це небесне тіло є найбільш екзотичним і незвичайним серед інших об'єктів Сонячної системи.
Що незвичайного в супутнику Іо?
Уже при одному спостереженні в телескоп супутник Іо своїм зовнішнім виглядом вирізняється з-поміж інших супутників Сонячної системи. Замість звичайної сірої і каламутній поверхні небесне тіло має диск яскраво-жовтого кольору. Протягом 400 років людина не міг знайти причину такої незвичайної забарвлення поверхні юпітеріанского супутника. Тільки в кінці XX століття, завдяки польотам автоматичних космічних зондів до гіганта Юпітера, вдалося отримати інформацію про галілєєвих супутниках. Як виявилося, Іо є чи не найбільш вулканически активним об'єктом Сонячної системи в плані геології. Підтвердженням тому стало величезна кількість діючих вулканів, виявлених на супутнику Юпітера. На сьогоднішній день їх виявлено близько 400 і це на площі, яка в 12 разів менше площі нашої планети.
Площа поверхні супутника Іо становить 41,9 кв. кілометрів. Земля має площу поверхні 510 млн. Км, і на її поверхні сьогодні знаходиться 522 діючих вулкана.
За своїми розмірами багато вулкани Іо перевищують розміри земних вулканів. За інтенсивністю вивержень, їх тривалості і потужності, вулканічна діяльність на супутнику Юпітера перевершує аналогічні земні показники.
Деякі вулкани цього супутника викидають величезну кількість отруйних газів на висоту 300-500 км. При цьому сама поверхня самого незвичайного супутника Сонячної системи Іо є обширною рівнину, в центрі якої є величезний гірський масив, розділений величезними лавовимипотоками. Середні висоти гірських утворень на Іо складають 6-6,5 км, однак тут так само зустрічаються гірські піки, висотою більше 10 км. Наприклад, гора Південна Боосавла має висоту 17-18 км і є найбільшою високим піком Сонячної системи.
Майже вся поверхня супутника - це результати багатовікових вивержень. За даними інструментальних досліджень, що проводяться з борту космічних зондів "Вояджер-1", "Вояджер-2" та інших апаратів, основний матеріал поверхні супутника Іо - заморожена сірка, діоксид сірки і вулканічний попіл. Чому різнокольорових ділянок на поверхні супутника так багато. Це пояснюється тим, що активний вулканізм постійно формує характерну контрастність забарвлення поверхні супутника Іо. Об'єкт може протягом короткого проміжку часу змінити свою яскраво-жовте забарвлення на білий або чорний колір. Продукти вулканічних вивержень формують тонку і неоднорідну за складом атмосферу супутника.
Подібна вулканічна активність викликана особливостями будови небесного тіла, яке постійно піддається приливної дію гравітаційного поля материнської планети і впливу з боку інших великих супутників Юпітера, Європи і Ганімеда. В результаті впливу космічної гравітації в надрах супутника між корою і внутрішніми шарами виникає тертя, що породжує природний нагрів матерії.
Для астрономів і геологів, які займаються вивченням будови об'єктів Сонячної системи, Іо є реальний і діючий полігон, де сьогодні відбуваються процеси, характерні для раннього періоду формування нашої планети. Вчені в багатьох областях науки сьогодні ретельно вивчають геологію цього небесного тіла, роблячи унікальний супутник Юпітера Іо об'єктом пильної уваги.
Цікаві факти про супутнику Іо
Саме геологічно активне небесне тіло Сонячної системи має діаметр 3630 км. Розміри Іо не такі вже великі, в порівнянні з іншими супутниками Сонячної системи. За своїми параметрами супутник займає скромне четверте місце, пропускаючи вперед величезних Ганімеда, Титана і Каллісто. Діаметр Іо тільки на 166 км. перевищує діаметр Місяця - супутника Землі (3474 км).
Супутник ближче всіх розташований до материнської планеті. Відстань від Іо до Юпітера становить всього 420 тис. Км. Орбіта має практично правильну форму, різниця між перигелієм і апогеліем становить всього 3400 км. Об'єкт мчить по круговій орбіті навколо Юпітера з величезною швидкістю 17 км / с, здійснюючи повний оборот навколо нього за 42 земних години. Рух по орбіті здійснюється синхронно з періодом обертання Юпітера, тому Іо завжди повернене до нього одним і тим же півкулею.
Основні астрофізичні параметри небесного тіла наступні:
- маса Іо становить 8,93х1022кг, що в 1,2 рази більше маси Місяця;
- щільність супутника становить 3,52 г / см3;
- величина прискорення вільного падіння на поверхні Іо дорівнює 1,79 м / с2.
Спостерігаючи за положенням Іо в нічному небі, легко визначити стрімкість його руху. Небесне тіло постійно змінює своє положення щодо планетарного диска материнської планети. Незважаючи на досить значну власне гравітаційне поле супутника, Іо не в змозі утримувати постійно щільну і однорідну атмосферу. Тонка газова оболонка навколо місяця Юпітера - практично космічний вакуум, не перешкоджає викиду продуктів виверження в космічний простір. Цим і пояснюється величезна висота стовпів вулканічних викидів, що відбуваються на Іо. За відсутності нормальної атмосфери на поверхні супутника переважають низькі температури, до -183 ° С. Однак така температура не є однорідною для всієї поверхні супутника. На інфрачервоних знімках, отриманих з космічного зонда "Галілео", була видна неоднорідність температурного шару поверхні Іо.
На основній площі небесного тіла переважають низькі температури. На температурної карті такі області пофарбовані в синій колір. Однак в ряді місць на поверхні супутника є яскраво-помаранчеві і червоні плями. Це райони найбільшої вулканічної активності, де на звичайних знімках виверження видно і добре оглядовість. Вулкан Пеле і лавовий потік Локе - самий гарячі області на поверхні супутника Іо. Температура в цих областях варіюється в межах 100-130 ° нижче нуля за шкалою Цельсія. Маленькі червоні точки на температурної карті - кратери діючих вулканів і місця розломів в корі. Тут температура досягає значень 1200-1300 градусів Цельсія.
структура супутника
Не маючи можливості висадитися на поверхню, вчені сьогодні активно працюють над моделюванням структури юпитерианской місяця. Імовірно супутник складається з силікатних порід, розбавлених залізом, що властиво будовою планет земної групи. Це підтверджує і висока щільність Іо, яка вище ніж у її сусідів - Ганімеда, Каллісто і Європи.
Сучасна модель, складена на основі даних, отриманих космічними зондами, виглядає наступним чином:
- в центрі супутника залізне ядро (сульфід заліза), що становить 20% маси Іо;
- мантія, що складається з мінералів астероїдної природи, знаходиться в напіврідкому стані;
- рідкий підповерхневий шар магми товщиною 50 км;
- літосфера у супутника складається із з'єднань сірки і базальту, досягаючи товщини 12-40 км.
Оцінюючи дані, отримані при моделюванні, вчені прийшли до висновку, що у супутника Іо ядро повинно мати полужидкое стан. Якщо в ньому присутні разом з залізом сполуки сірки, його діаметр може досягати 550-1000 км. Якщо ж це повністю металізована субстанція, розміри ядра можуть коливатися в межах 350-600 км.
З огляду на те, що при дослідженнях супутника не було виявлено магнітного поля, процеси конвекції в ядрі супутника відсутні. На цьому тлі виникає природне запитання, які ж справжні причини такої інтенсивної вулканічної діяльності, звідки вулкани Іо черпають свою енергію?
Незначні розміри супутника не дозволяють говорити про те, що розігрів надр небесного тіла здійснюється за рахунок реакції радіоактивного розпаду. Основне джерело енергії всередині супутника - приливної вплив своїх космічних сусідів. Під дією гравітації Юпітера і сусідніх супутників Іо робить коливання, рухаючись по своїй орбіті. Супутник немов розгойдується, відчуваючи під час руху сильну лібрацію (рівномірне погойдування). Ці процеси призводять до викривлення поверхні небесного тіла, викликаючи термодинамічний нагрів літосфери. Це можна порівняти з вигином металевого дроту, яка в місці згину сильно нагрівається. У випадку з Іо всі перераховані процеси відбуваються в поверхневому шарі мантії на кордоні з літосферою.
Супутник покритий зверху відкладеннями - результатами вулканічної діяльності. Їх товщина варіюється в діапазоні 5-25 км в місцях основної локалізації. За своїм кольором, це темні плями, сильно контрастують з яскраво-жовтою поверхнею супутника, викликані виливами силікатної магми. Незважаючи на велику кількість діючих вулканів, загальна площа вулканічних кальдер на Іо не перевищує 2% від площі поверхні супутника. Глибина вулканічних кратерів незначна і не перевищує 50-150 метрів. Рельєф на більшій частині небесного тіла рівнинний. Тільки на деяких дільницях присутні масивні гірські ланцюги, наприклад, комплекс вулкана Пеле. Крім цього вулканічного освіти на Іо виявлені гірський масив вулкана Патера Ра, гірські ланцюги і масиви різної протяжністю. У більшості з них є назви, співзвучні земним топонімів.
Вулкани супутника Іо і його атмосфера
Найбільш цікавими об'єктами на супутнику Іо є його вулкани. Розміри областей з підвищеною вулканічною активністю коливаються в діапазоні від 75 до 300 км. Ще перший "Вояджер" під час свого польоту зафіксував на Іо процес виверження відразу восьми вулканів. Через кілька місяців знімки, зроблені космічним кораблем "Вояджер" в 1979 році, підтвердили інформацію, що виверження в зазначених точках тривають. На тому місці, де розташовується найбільший вулкан Пеле, була зафіксована найвища температура на поверхні, +600 градусів за Кельвіна.
Наступні вивчення інформації з космічних зондів дозволили вченим-астрофізикам і геологам розділити всі вулкани Іо за такими типами:
- найчисленніші вулкани, які мають температуру 300-400 К. Швидкість викиду газів становить 500 м / с, а висота стовпа викидів не перевищує 100 км;
- до другого типу відносяться найгарячіші і найпотужніші вулкани. Тут можна говорити про температурах в 1000К в самій кальдері. Для цього типу характерні висока швидкість викиду - 1,5 км / с, гігантська висота газового султана - 300-500 км.
Вулкан Пеле належить саме до другого типу, маючи кальдеру діаметром 1000 км. Відкладення в результаті вивержень цього гіганта займають величезну площу - один млн. Кілометрів. Не менш цікавим виглядає і другий вулканічний об'єкт - Патера Ра. З орбіти цю ділянку поверхні супутника нагадує морське головоноге тварина. Змієподібні лавові потоки, що відходять від місця виверження, простяглися на 200-250 км. Теплові радіометри космічних апаратів не дозволяють точно визначити природу цих потоків, як і в випадку з геологічним об'єктом Локі. Діаметр його складає 250 км і по всій ймовірності це озеро, наповнене розплавленої сірої.
Висока інтенсивність вивержень і величезні масштаби катаклізмів не тільки постійно змінюють рельєф супутника і ландшафт на його поверхні, але і формують газову оболонку - подоба атмосфери.
Основний компонент атмосфери супутника Юпітера - діоксид сірки. У природі це сірчистий газ, який не має кольору, проте володіє різким запахом. Як доповнення поряд з діоксидом сірки в газовій прошарку Іо виявлені монооксид сірки, хлорид натрію, атоми сірки і кисню.
Діоксид сірки на Землі є поширеною харчовою добавкою, яка активно застосовується в харчовій промисловості як консервант Е220.
Тонка атмосфера супутника Іо нерівномірна по своїй щільності і товщині. Цим же непостійністю характеризується і атмосферний тиск супутника. Максимальне значення атмосферного тиску Іо становить 3 НБАР і спостерігається в районі екватора на півкулі, зверненому до Юпітера. Мінімальні значення атмосферного тиску виявлені на нічній стороні супутника.
Султани розжарених газів - не єдина візитна картка супутника Юпітера. Навіть за умови наявності сильно розрядженою атмосфери, в екваторіальній області над поверхнею небесного тіла можна спостерігати сяйва. Ці атмосферні явища пов'язані з впливом космічної радіації на заряджені частинки, що надходять у верхні шари атмосфери в процесі виверження вулканів Іо.
Дослідження супутника Іо
Детальне дослідження планет газових гігантів і їх систем почалося в 1973-74 роках з місій космічних автоматичних зондів "Піонер-10" і "Піонер-11". Ці експедиції надали вченим перші знімки супутника Іо, на підставі яких вже були зроблені більш точні розрахунки розмірів небесного тіла і його астрофізичних параметрів. Слідом за "Піонерами" до Юпітера вирушили два американські космічних зонда "Вояджер-1" і "Вояджер-2". Другому апарату вдалося максимально наблизитися до Іо на відстань 20 тис. Км і зробити більш якісні знімки з близької відстані. Саме завдяки роботі "Вояджер" астрономи і астрофізики отримали інформацію про наявність на цьому супутнику активної вулканічної діяльності.
Місію перших космічних зондів, які вивчали космічний простір біля Юпітера, продовжив апарат НАСА "Галілео", запущений в 1989 році. Через 6 років корабель дістався до Юпітера, ставши його штучним супутником. Паралельно з вивченням планети-гіганта автоматичний зонд Галілео зумів передати на Землю дані про поверхню супутника Іо. Під час орбітальних польотів з борта космічного зонда в земні лабораторії надходила цінна інформація про будову супутника і дані про його внутрішню структуру.
Після нетривалої перерви 2000 року естафету у вивченні самого унікального супутника Сонячної системи перехопив космічний зонд НАСА та ЄКА "Кассіні-Гюйгенс". Вивчення і обстеженням Іо апарат займався під час своєї довгої подорожі до Титану - супутника Сатурна. Найостанніші дані про супутнику були отримані за допомогою сучасного космічного зонда "Нові горизонти", що пролетів поблизу Іо в лютому 2007 року по дорозі до поясу Койпера. Нову порцію знімків представили вченим наземні обсерваторії і космічний телескоп "Хаббл".
В даний час на орбіті Юпітера працює апарат НАСА "Юнона". Крім дослідження Юпітера його інфрачервоний спектрометр продовжує вивчення вулканічної діяльності супутника Іо. Дані, що передаються на Землю, дозволяють вченим здійснювати моніторинг діючих вулканів на поверхні цього цікавого небесного тіла.
