Как луната на Юпитер Йо получава своята адска атмосфера

Ярко жълтеникава и синкава луна пред по -слабата гигантска планета.

Композитно изображение на Йо и Юпитер (изображение на Юпитер от космическия кораб Касини, изображение на Йо от новото изследване). Струмите на серен диоксид от вулканите на Йо се виждат в жълто. Изображение чрез ALMA (ESO/ NAOJ/ NRAO)/ I. de Pater et al./ NRAO/ AUI NSF/ S. Dagnello/ NASA/ ESA/UC Berkeley.


на, един от четирите големиГалилейски лунина Юпитер, е най -вулканично активното тяло в нашата Слънчева система, дори повече от Земята. Той има над 400 действащи вулкана и често се описва като адски. Io също има изключително тънка атмосфера, съставена предимно от серен диоксид (SO2). Вулканите на този малък свят редовно изхвърлят серен диоксид в атмосферата му. Все пак учените не бяха сигурни дали атмосферата произтича от горещ серен диоксид, идващ директно от вулканите, или от студен серен диоксид, който се натрупва на повърхността на Йо и замръзва предисублимиращв атмосферата. Сега те са определили и двете.

Лунните календари за 2021 г. са тук! Поръчайте вашите, преди да ги няма. Прави страхотен подарък!


ИзползвайкиДУШАтелескоп в Чили, имат изследователи от Калифорнийския университет в Бърклиобявеноче до половината от серен диоксид в атмосферата на Йо идва директно от вулканите му. Резултатите са публикувани в две новирецензирандокументи, приети за публикуване вПланетарното научно списание, които можете да прочетететукитук.

АстрономИмке де Патер, който ръководи проучването, каза в aизявление:

Не беше известно кой процес задвижва динамиката в атмосферата на Йо. Дали това е вулканична активност или газ, който сублимира от ледената повърхност, когато Йо е на слънчева светлина? Това, което показваме, е, че всъщност вулканите оказват голямо влияние върху атмосферата.

Оказа се, че отговорът е и двата.




Някои от серен диоксид наистина замръзват на повърхността, установиха изследователите. Това се случва, когато Йо преминава през сянката на Юпитер на всеки 42 часа. Когато Io беше наблюдаван от изследователите на 20 март 2018 г., те забелязаха, че радиоизлъчванията от серен диоксид спадат експоненциално. Това означаваше, че долната атмосфера на Йо, на 10-20 км надморска височина, се срути и замръзна на повърхността.

Температурата през този период падна до -270 градуса по Фаренхайт (-168 градуса по Целзий), достатъчно студена, за да замръзне серен диоксид. Повърхността на Йо обикновено е около -230 градуса по Фаренхайт (-150 градуса по Целзий). Студено, но не достатъчно студено, за да замръзне серен диоксид.

На 2 и 11 септември 2018 г. емисиите на серен диоксид се повишиха отново в рамките на 10 минути след като Йо излезе от сянката на Юпитер обратно на слънчева светлина. Де Патерказах:

Веднага щом Io попадне на слънчева светлина, температурата се повишава и целият този SO2 лед се сублимира в газ и вие реформирате атмосферата за около 10 минути по -бързо от това, което моделите бяха предвидили.


Това обяснява откъде идва част от замразения серен диоксид. Но изследователите забелязаха и нещо друго. ALMA открива изобилен серен диоксид над вулканите, както и ниски нива на газ в световен мащаб в атмосферата на Io. Това предполага, че по -широко разпространеният газ произхожда от невидими или „невидими“ вулкани. Те отделят серен диоксид, но не и друг дим или частици, които могат лесно да се видят.

В момента изследователите смятат, че допълнителен газ идва от такива стелт вулкани, въпреки че не могат напълно да изключат възможността това да е серен диоксид, който не се кондензира напълно на повърхността. Като де Патеротбелязано:

SO2, който виждаме с ALMA, когато Io е в затъмнение, е на много ниско ниво и не можем да кажем дали това е стелт вулканизъм или причинен от SO2, който не се кондензира напълно.

Ярка луна с петна и петна в различни ярки цветове, на черен фон.

Io, видяно от космическия кораб Galileo на 19 септември 1997 г. Изображение чрез НАСА/ JPL/ Университет на Аризона/Фотожурнал на НАСА.


По -ранни наблюдения отОбсерватория Кекот юли миналата година обаче подкрепи сценария за стелт вулканизъм. Keck открива изобилен серен моноксид (ТАКА) над вулканите, както и широко разпространени в атмосферата. Изследователите казват, че слънчевата светлина прекъсва връзката сяра-кислород в серен диоксид, който е изхвърлен на стотици километри над повърхността, създавайки серен моноксид. Де Патерказах:

Но тогава, когато разгледахме SO с Keck, можем само да обясним емисиите на SO, които са широко разпространени на повърхността, чрез този стелт вулканизъм, тъй като възбуждането на SO изисква много висока температура.

Като наблюдават Io в орбитата си около Юпитер, докато се движи в и след това от сянката на Юпитер, изследователите успяват да установят колко от лунните отлагания на серен диоксид са дошли от замръзване на повърхността и колко от стелт или други вулкани .Гара Luszcz-Cookот Колумбийския университет в Ню Йоркказах:

Когато Io преминава в сянката на Юпитер и е извън пряка слънчева светлина, той е твърде студен за серен диоксид и се кондензира върху повърхността на Io. През това време можем да видим само серен диоксид с вулканичен произход. Следователно можем да видим колко точно атмосферата е повлияна от вулканичната активност.

Ярка луна, набраздена в различни ярки цветове, със синкав шлейф на крайника, на черен фон.

Изригване на вулкана на Io, уловено от камерите на Галилей на 28 юни 1997 г. Изображение чрезНАСА.

Пъстър цветен терен с голям шлейф по ръба, на черен фон.

По -внимателен поглед от Галилей към един от вулканите на Йо, нареченКожа, тъй като изригваше. Изображение чрез НАСА/JPL/ USGS.

Използвайки ALMA, учените успяха да „видят“ за първи път струи от серен диоксид и серен монооксид, идващи от вулканите на Йо. Два от тези вулкани,Карей ПатераиДедал Патера, изригваха през март, а трети вулкан беше активен през септември.

Изследователите сега изчисляват, че 30% до 50% от атмосферата на Йо се произвежда директно от действащи вулкани.

Трети газ, калиев хлорид (KCI), също е открит от ALMA и е често срещан компонент на лава. Според Luszcz-Cook:

Виждаме KCI във вулканични райони, където не виждаме SO2 или SO. Това е убедително доказателство, че резервоарите на магмата са различни под различните вулкани.

Катрин де Клерв Калифорнийския технологичен институтдобавено:

Изучавайки атмосферата и вулканичната дейност на Йо, можем да разберем повече за вулканите, процеса на приливно отопление и вътрешността на Йо.

Сивкав терен с тъмни и ярки петна.

ВулканътЛоки Патера, както се вижда отПътуване 1през 1979 г. Тъмната U-образна характеристика е езеро от лава с диаметър около 124 мили (200 км). Изображение чрез НАСА/ JPL/ USGS/Институт за планетарни науки.

Много ярки петна на тъмна сфера, на черен фон, с обозначена цветна скала от дясната страна.

Инфрачервен изглед на активните вулкани на Io от космическия кораб Juno на НАСА, който в момента обикаля около Юпитер. Еха! Изображение чрез NASA/ JPL-Caltech/ SwRI/ INAF/Планетарното общество.

Учените са нетърпеливи да научат повече за магмата на Йо и планират да наблюдават Луната на допълнителни дължини на радиовълните. Те могат да изследват няколко сантиметра под повърхността и да предоставят улики за това от какво се състои магмата на Йо и нейната температура. Те също така искат да знаят повече за температурата на долната атмосфера на Йо. Де Патерказах:

За да измерим температурата на атмосферата на Io, трябва да получим по -висока разделителна способност в нашите наблюдения, което изисква да наблюдаваме Луната за по -дълъг период от време. Можем да направим това само когато Йо е на слънчева светлина, тъй като не прекарва много време в затъмнение. По време на такова наблюдение Io ще се върти с десетки градуси. Ще трябва да приложим софтуер, който ни помага да правим неподправени изображения. Направихме това по -рано с радио изображения на Юпитер, направени с ALMA иМного голям масив.

Как една малка луна като Йо, излизаща от външната слънчева система, може да има активни вулкани? Io е вулканично активен порадиприливно отопление. Същата страна на Йо е обърната към Юпитер, точно както една и съща страна на Луната винаги е обърната към Земята. Гравитационното привличане на Юпитер, както и луните Европа и Ганимед, създава огромно триене и нагряване вътре в Йо.

Io беше последно наблюдаван отблизо от НАСАМисия Галилеов края на 90 -те/началото на 2000 -те. ТокътОрбитален апарат Junoе видял Йо от по -далеч, но основната му мисия е да наблюдава подробно самия Юпитер, докато обикаля около гигантската планета. То е взелоняколко готини изображениявсе пак от разстояние.

Усмихната сивокоса жена с очила, с щори за прозорци зад гърба си.

Имке де Патер от Калифорнийския университет, Бъркли, който ръководи новото проучване. Изображение чрезUC Berkeley.

Новите резултати помагат да се разреши загадката за това как се образува атмосферата на Йо и как вулканите му играят важна роля в това. Но има още много въпроси, на които трябва да се отговори - и нови, които да бъдат зададени - относно най -активната вулканична точка на Слънчевата система.

В крайна сметка: активни вулкани произвеждат почти половината от серната атмосфера на Io, според нови наблюдения, използващи ALMA.

Източник: Наблюдения на ALMA за влизане и излизане на Eclipse от Io

Източник: Наблюдения с висока пространствена и спектрална разделителна способност на забранените 1.707 um Rovibronic SO емисии върху Io: Доказателства за широко разпространен стелт вулканизъм*

Чрез UC Berkeley

Чрез НАПО