Műholdas Io - a Naprendszer legaktívabb és leg titokzatosabb tárgya

Az űrkutatás történetében a legfontosabb csillagászati ​​felfedezések a Galileo Galilei nevéhez kapcsolódnak. Ennek a tehetséges és tartós olasznak köszönhetően a világ 1610-ben először megtudta a Jupiter négy holdjának létezését. Kezdetben ezek az égi tárgyak kollektív nevet kaptak - a galiliai műholdak. Később mindegyik neve: Io, Europa, Ganymede és Callisto. A Jupiter mind a négy legnagyobb műholdja saját maga érdekes, de a többi galileai műhold közül kiemelkedik az Io-műhold. Ez a mennyei test a legkülönlegesebb és szokatlanabb a Naprendszer egyéb objektumai között.

Galileai műholdak

Mi a szokatlan a műholdas Io-ban?

A műholdas Io a teleszkópon keresztül egy megfigyeléssel kiemelkedik a Naprendszer egyéb műholdai között. A szokásos szürke és sáros felület helyett a mennyei test fényes sárga lemez van. 400 évig az ember nem találta meg a Jupiter-műhold felszínének ilyen szokatlan színét. Csak a XX. Század végén, az automatikus űrszondáknak az óriás Jupiterhez való járatának köszönhetően volt lehetőség a galileai műholdakról. Mint kiderült, az Io talán a naprendszer legvulkanikusabban aktív tárgya a geológia szempontjából. Ezt megerősítette a Jupiter műholdán felfedezett nagyszámú aktív vulkán. Napjainkban mintegy 400-at azonosítottak, és ez a terület, amely 12-szer kisebb, mint a bolygónk területe.

Vulkánok az io-n

A műholdas Io felülete 41,9 négyzetméter. kilométert. A Föld területe 510 millió km, a felszínén jelenleg 522 aktív vulkán található.

Mérete szerint sok Io vulkán meghaladja a szárazföldi vulkánok méretét. A kitörések intenzitása, időtartama és ereje szerint a Jupiter műholdas vulkáni tevékenysége meghaladja a hasonló földi mutatókat.

A műhold néhány vulkánja 300-500 km magasságban hatalmas mennyiségű mérgező gázot bocsát ki. Ugyanakkor a Naprendszer Io legszokatlanabb műholdának felülete hatalmas síkság, amelynek középpontjában hatalmas hegyvonulatok vannak osztva hatalmas lávafolyásokkal. A hegyi képződmények átlagos magassága az Io-nál 6-6,5 km, de itt is vannak hegycsúcsok, több mint 10 km magasak. Például a South Boosavla hegység 17-18 km magasságú, és a Naprendszer legmagasabb csúcsa.

A műhold szinte teljes felülete évszázados kitörések eredménye. A Voyager-1, Voyager-2 űrszondák és egyéb eszközök műszeres tanulmányai szerint az Io műhold fő felületi anyaga a fagyasztott kén, kén-dioxid és vulkáni hamu. Miért sok a színes területek a műhold felületén. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az aktív vulkanizmus folyamatosan képezi a műhold Io felületének színezésének jellemző kontrasztját. Egy objektum rövid időre megváltoztathatja fényes sárga színét fehérre vagy fekete színűre. A vulkáni kitörések termékei a műhold légkörének vékony és heterogén összetételét képezik.

Io felülete

Az ilyen vulkáni tevékenységet az égi test szerkezetének sajátosságai okozzák, amely folyamatosan ki van téve az anya bolygó gravitációs mezőjének árapályának és más nagy Jupiter, Európa és Ganymede műholdak hatásainak. A kozmikus gravitáció a műhold mélységében bekövetkező hatása következtében súrlódás keletkezik a kéreg és a belső rétegek között, ami természetes anyagfűtést eredményez.

A Naprendszer objektumainak szerkezetét tanulmányozó csillagászok és geológusok számára az Io egy igazi és aktív tesztelési terület, ahol bolygónk kialakulásának korai szakaszára jellemző folyamatok jelentkeznek. A tudományok számos tudományterületen napjainkban gondosan tanulmányozzák ennek az égi testnek a geológiáját, így a Jupiter Io egyedülálló műholda a figyelem tárgyát képezi.

Io és Jupiter

Érdekes tények a műholdas Io-ról

A naprendszer leg geológiai szempontból aktív égboltja 3 630 km átmérőjű. Az Io méretei nem olyan nagyok, mint a Naprendszer többi műholdjához képest. Paraméterei tekintetében a műhold a szerény negyedik helyet foglalja el, elhaladva a hatalmas Ganymede, Titan és Callisto. Az Io átmérője mindössze 166 km. meghaladja a Hold - Föld műhold (3474 km) átmérőjét.

Io és a Föld

A műhold a legközelebb van az anya bolygón. A távolság Io-tól Jupiterig csak 420 ezer km. A pálya szinte a megfelelő formája, a különbség a perihelion és az apogelium között csak 3400 km. Az objektum körkörös pályán körbefut a Jupiter körül 17 km / s nagy sebességgel, ami teljes körforgást tesz lehetővé a Föld körül 42 Földóra. A pályán való mozgás szinkronban van a Jupiter forgási periódusával, így az Io-t mindig ugyanarra a féltekére fordítja.

Egy égi test fő asztrofizikai paraméterei a következők:

  • Io tömege 8,93x1022 kg, ami 1,2-szerese a Hold tömegének;
  • a műhold sűrűsége 3,52 g / cm3;
  • az Io felületén a gravitáció következtében fellépő gyorsulás 1,79 m / s2.

Figyelembe véve az Io helyzetét az éjszakai égboltban, könnyű meghatározni mozgásának gyorsaságát. Az égi test állandóan megváltoztatja pozícióját az anya bolygó bolygólemezéhez képest. A műhold meglehetősen hatásos gravitációs mezője ellenére az Io nem képes folyamatosan sűrű és homogén légkört fenntartani. A vékony gázburkolat a Jupiter holdja körül gyakorlatilag kozmikus vákuum, nem akadályozza meg a kitörési termékek szabadtérbe való kibocsátását. Ez magyarázza az Io-ban előforduló vulkanikus kilökődési oszlopok hatalmas magasságát. Normál légkör hiányában alacsony hőmérsékletek érvényesülnek a műhold felületén, -183 ° C-ig. Ez a hőmérséklet azonban nem egységes a teljes műholdas felületen. A Galileo űrszondából kapott infravörös képeken az Io felület hőmérsékleti rétegének heterogenitása látható volt.

Io a jupiter rendszerében

Alacsony hőmérsékletek uralkodnak az égi test fő területén. A hőmérséklet térképen az ilyen területek kék színűek. Néhány helyen azonban a műholdas felületen élénk narancssárga és piros foltok vannak. Ezek a legnagyobb vulkanikus aktivitású területek, ahol a kitörések láthatóak és jól láthatóak a közönséges képeken. A Pele Volcano és a Locke Lava Flow az Io műhold legmelegebb területei. A hőmérséklet ezeken a területeken a Celsius-skála 100-130 ° -ánál kisebb. A hőmérsékleti térképen lévő kis piros pontok aktív vulkánok és repedési helyek kráterei a kéregben. Itt a hőmérséklet eléri az 1200-1300 Celsius fokot.

A felületi hőmérséklet io pillanatképe

Műholdas szerkezet

A tudósok a felszínre nem tudnak a földre szállni, és most aktívan dolgoznak a Joviai hold szerkezetének modellezésében. Feltételezhető, hogy a műhold a vasral hígított szilikát sziklákból áll, amely a szárazföldi bolygók szerkezetére jellemző. Ezt megerősíti az Io nagy sűrűsége, amely magasabb, mint a szomszédai - Ganymede, Callisto és Európa --é.

Io szerkezete

A modern modell az űrszondák által nyert adatok alapján a következő:

  • a műhold közepén a vasmag (vas-szulfid), amely az Io tömegének 20% -át teszi ki;
  • az aszteroid természetű ásványi anyagból álló köpeny félig folyékony állapotban van;
  • 50 km vastag folyékony magma felszín alatti réteg;
  • A műholdas litoszféra kén- és bazaltvegyületekből áll, melyek vastagsága 12-40 km.

A szimuláció során nyert adatok alapján a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a műholdas Io-magnak félig folyékony állapotban kell lennie. Ha a kénvegyületek vasval együtt vannak jelen, átmérője elérheti a 550-1000 km-t. Ha teljesen fémezett anyag, a mag mérete 350-600 km között változhat.

Jupiter és műholdai hatása az Io-ra

Mivel a műholdas vizsgálatok során nem találtunk mágneses mezőt, a műholdas magban nincsenek konvekciós folyamatok. Ebből a szempontból természetes kérdés merül fel, melyek az ilyen intenzív vulkáni tevékenység igazi okai, ahol az Io vulkánok felhívják az energiájukat?

A szatellit kisebb mérete nem teszi lehetővé azt, hogy azt mondjuk, hogy egy égitest testének fűtése a radioaktív bomlás reakciója miatt történik. A műholdon belüli fő energiaforrás a kozmikus szomszédai árapályhatása. A Jupiter és a szomszédos műholdak gravitációs hatása alatt Io oszcillál, saját pályáján mozogva. Úgy tűnik, hogy a műhold lengő, erős mozgást tapasztal (egyenletes hintázás), miközben mozog. Ezek a folyamatok egy égi test felületének görbületéhez vezetnek, ami a litoszféra termodinamikai fűtését okozza. Ez összehasonlítható egy fémhuzal kanyarban, amely a hajlítóhelyen nagyon forró. Az Io esetében mindezek a folyamatok a köpeny felszíni rétegeiben fordulnak elő a litoszféra határán.

Betétek az Io felületén

A műholdat a fentiekben üledékek borítják - a vulkáni tevékenység eredménye. Ezek vastagsága 5-25 km tartományban van a fő helyszíneken. Ezek a színek sötét foltok, erősen ellentétben állnak a műhold fényes sárga felületével, amit a szilikát magma kiáramlása okoz. Az aktív vulkánok nagy száma ellenére az Io-n lévő vulkáni kalderok teljes területe nem haladja meg a műholdfelület 2% -át. A vulkáni kráterek mélysége elhanyagolható, és nem haladja meg az 50-150 métert. A dombormű a mennyei test többségénél lapos. Csak néhány területen van hatalmas hegység, például a Pele-vulkán komplexuma. Ezen a vulkáni képződményen kívül az Io-ban a Pater Ra vulkán hegyvidéke, a hegyláncok és a különböző hosszúságú masszívok is megjelennek. Legtöbbjük neve földrajzi névvel összeegyeztethető.

Io vulkánjai és légköre

A műholdas Io legérdekesebb tárgyai a vulkánok. A megnövekedett vulkáni aktivitású területek mérete 75 és 300 km között mozog. Még az első Voyager repülés közben is rögzítette a nyolc vulkán kitörését az Io-ra. Néhány hónappal később a Voyager űrhajó által 1979-ben készített képek megerősítették, hogy ezekben a pontokban a kitörések folytatódnak. A legnagyobb vulkán Pele helyén a legmagasabb felületi hőmérsékletet +600 fokos kelvin értéket vettük fel.

Pele vulkán

Az űrszondákkal kapcsolatos információk későbbi tanulmányai lehetővé tették az asztrofizikusoknak és a geológusoknak, hogy az összes Io-vulkánt a következő típusokra osztják fel:

  • a legjelentősebb vulkánok, amelyek hőmérséklete 300-400 K. A gázkibocsátás mértéke 500 m / s, a kibocsátási oszlop magassága nem haladja meg a 100 km-t;
  • A második típus a legforróbb és legerősebb vulkánokat tartalmazza. Itt beszélhetünk 1000K-os hőmérsékletről maga a vulkán kalderájában. Ezt a típust nagy 1,5 km / s kilökődési sebesség jellemzi, a gáz szultán óriási magassága 300-500 km.

A Pele-vulkán a második típushoz tartozik, 1000 km-es átmérőjű kalderával. Az óriás kitöréseinek eredményeként a betétek hatalmas területet foglalnak el - egymillió kilométer. Egy másik vulkáni objektum, Pater Ra, nem kevésbé érdekes. A pályáról a műholdfelület ezen része egy tengeri lábasfejűre hasonlít. A kitörés helyétől a szerpentin lávafolyások 200-250 km-re húzódtak. Az űrjárművek termikus radiométerei nem teszik lehetővé ezeknek az áramlásoknak a jellegét pontosan meghatározni, ahogyan ez a Loki geológiai objektumához hasonló. Átmérője 250 km, és valószínűleg ez a tó olvadt kénnel van feltöltve.

Patera Loki

A kitörések magas intenzitása és a kataklizmák óriási mértéke nemcsak folyamatosan változtatja meg a műhold és a táj felszínének enyhülését, hanem egy gázfóliát is alkot - egyfajta légkört.

A Jupiter műholdas légkörének fő összetevője a kén-dioxid. A természetben kén-dioxid-gáz, színtelen, de erős szaga van. A kén-dioxidon kívül kén-monoxidot, nátrium-kloridot, kénatomokat és oxigénatomokat is észleltek az Io gáz közbenső rétegben.

A földi kén-dioxid egy általános élelmiszer-adalékanyag, amelyet az élelmiszeriparban széles körben használnak tartósítószerként E220.

A műhold Io vékony légköre sűrűségében és vastagságában egyenetlen. A szatellit légköri nyomását ez az ellentmondás is jellemzi. Az atmoszférikus nyomás Io maximális értéke 3 nbar, és az egyenlítő régiójában megfigyelhető a Jupiter felé néző féltekén. A légköri nyomás minimális értékei megtalálhatók a műhold éjszakai oldalán.

Io légkör infravörös sugárzásban

A forró gázok szultánjai nem a Jupiter műholdának egyetlen névjegye. Még az erősen diszpergált légkör jelenlétében is megfigyelhető az aurorák az egyenlítői régióban egy égi test felszínén. Ezeket a légköri jelenségeket a kozmikus sugárzás hatása a feltöltött részecskékre, amelyek a felső légkörbe lépnek az Io vulkánok kitörése során.

Io műholdas kutatás

A gáz óriások és rendszereik bolygóinak részletes tanulmányozása 1973-74-ben kezdődött a Pioner-10 és a Pioneer-11 űrszondák küldetéseivel. Ezek az expedíciók biztosítják a tudósoknak az Io műhold első képeit, amelyek alapján pontosabb számításokat végeztek az égi test méretéről és asztrofizikai paramétereiről. A pionierek mögött két amerikai űrszonda, a Voyager 1 és a Voyager 2 elindult Jupiterre. A második egységnek sikerült elérnie a lehető legközelebb az Io-t 20 ezer kilométer távolságra, és jobb képeket készíteni a közelben. A Voyagers munkájának köszönhetően a csillagászok és az asztrofizikusok információt kaptak az aktív vulkáni tevékenység jelenlétéről ezen a műholdon.

Galileo a Jupiter Orbitban

Az első űrszondák misszióját, akik a Jupiter környékén tanulmányozták a külvilágot, folytatta az 1989-ben indított NASA Galileo űrhajó. 6 év múlva a hajó elérte Jupitert, mesterséges műholdává vált. Az óriási bolygó tanulmányozásával párhuzamosan a Galileo automatikus szonda képes adatot továbbítani a műholdas Io felületén a Földre. Az űrszonda orbitális járatai során a szárazföldi laboratóriumok értékes információkat kaptak a műhold szerkezetéről és a belső szerkezetéről.

Cassini-Huygens a Jupiter közelében

Rövid szünet után 2000-ben a NASA és az ESA Cassini-Huygens űrszonda megragadta a batonát a Naprendszer legegyedibb műholdjának tanulmányozásában. Az Io készülék vizsgálata és vizsgálata során hosszú utazás alatt került a Titanba - a Szaturnusz műholdjába. A legújabb műholdadatokat a New Horizons modern űrszonda segítségével kaptuk, amely 2007 februárjában repült Io közelében a Kuiper öv felé vezető úton. Új képsorozatot mutatnak be a tudósok földi megfigyelőközpontjai és a Hubble Űrtávcső.

Jelenleg a NASA Juno űrhajója a Jupiter pályáján működik. A Jupiter tanulmánya mellett az infravörös spektrométer továbbra is tanulmányozza a műhold Io vulkáni aktivitását. A Földre továbbított adatok lehetővé teszik a tudósok számára, hogy figyelemmel kísérjék az aktív vulkánokat az érdekes égi test felszínén.