Крупный спутник юпитера проявляющий вулканическую активность. Ио — уникальный спутник Юпитера, на котором извергаются вулканы. Причины вулканической активности

Ио – спутник Юпитера. Его диаметр составляет 3642 километра. Название спутника происходит от имени Ио (жрица Геры — древнегреческая мифология).

Загадочное небо влечет взгляды человека с тех пор, как он стал осознавать себя, как существо мыслящее. По разным причинам: сначала, вероятно, было удивление и изумление. Небо воспринималось, как что-то непонятное, волнующее, затем пугающее, приносящее иногда несчастья. Затем приносящее надежду. А потом взоры обращались на небесную сферу с целью познания и изучения.
В своем познании человечество продвинулось совсем ненамного, если мерить мерками Вселенной. Относительно хорошо мы исследовали свою Солнечную систему. Но еще осталось множество загадок, которые следует разгадать.
Сегодняшний разговор пойдет о спутниках планет нашей системы. Самые интересные и загадочные Луны у планеты Юпитер, впрочем, как и сама планета. Известны на данный момент 79 спутников Юпитера и только четыре из них открыл знаменитый Галилео Галилей. Все они разные и интересны по-своему.

Но самой загадочной является Ио – впервые открыл ее в 1610 году и назвал ее Юпитер I. Одно то, что планета активна и на ней до сих пор идет вулканическая деятельность, привлекает астрономов планеты Земля. И притом деятельность эта довольно бурная. Девять действующих вулканов на ее поверхности выбрасывают в атмосферу вещества на 200 км и более – такой мощи можно позавидовать. В нашей Солнечной системе только две планеты имеют вулканическую деятельность – Земля и спутник Юпитера Ио.

Чем интересен спутник

Нажмите на картинку чтобы перейти на интерактивный

Но не только вулканами знаменит Ио, недра разогреваются радиоактивной деятельностью и электричеством. Мощные токи внутри спутника возникают за счет большого магнитного поля и образующихся сильнейших приливов под воздействием Юпитера.
Внешний вид планеты очень красив, сочетание красного, желтого, коричневого, дает мозаичную живую картинку. Так же как и Луна, Ио обращена к Юпитеру всегда одной стороной. Средний радиус планеты составляет 1 821,3 км.

Наблюдение за спутником Ио

Галилео Галилей наблюдал за Ио 7 января 1610 года. Спутник был обнаружен с помощью первого в мире телескопа-рефрактора. Первое мнение астронома было ошибочное и показало спутник как один элемент с Европой. На второй день ученый рассмотрел спутники раздельно. Таким образом, дата 8 января 1610 года считается датой открытия Ио.

Основные исследования Ио

Планета активно изучается: первые данные о ней были получены в 1973 году с космического аппарата Пионер. «Пионер-10» и «Пионер-11» пролетали возле спутника 3 декабря 1973 года и 2 декабря 1974 года. Была уточнена масса и получены характеристики плотности, которая превышала все спутники, открытые ученым Галилео. Был обнаружен радиационный фон и незначительная атмосфера. Позже исследование Ио продолжат « » и « », которые пролетят мимо спутника в 1979 году. За счет более современной аппаратуры с усовершенствованными характеристиками, были получены улучшенные снимки спутника. Снимки с «Вояджера-1» показали наличие вулканической активности на поверхности спутника. «Вояджер-2» изучил спутник 9 июля 1979 года. Были изучены изменение вулканической активности, за время исследования спутника аппаратом «Вояджер-1».

Аппарат «Галилео» пролетел возле Ио 7 декабря 1995 года. Он сделал множество снимков поверхности Ио, а также открыл железное ядро. Миссия «Галилео «была закончена 23 сентября 2003 года, аппарат сгорел в . Корабль Галилео передал на Землю фотографии изумительных видов спутника, снятых в максимальной близости (261 км) от поверхности.

Поверхность спутника Ио

Замечательные цвета в вулканическом кратере Патера на спутнике Юпитера Ио, снимок космического корабля НАСА Галилео.

Ио имеет множество вулканов (около 400). Это наиболее геологически активное тело Солнечной системы. В процессе сжатия коры Ио образовалось около ста гор. Вершины некоторых, к примеру, Южная Боосавла, превышает пик Эвереста в два раза. На поверхности спутника располагаются обширные равнины. Поверхность его имеет уникальные свойства. Она содержит множество оттенков цветов: белого, красного, черного, зеленого. Такая особенность обусловлена регулярными потоками лавы, которые могут быть простираться до 500 километров. Ученые предполагают, что теплая поверхность планеты и возможность наличия воды делают возможным зарождения живой материи и дальнейшее ее обитание на спутнике.

Атмосфера спутника Ио

Атмосфера спутника является тонкой и имеет маленькую плотность, фактически правильнее говорить об экзосфере, которая наполняется вулканическими газами. В состав входят диоксид серы и другие газы. Вулканические выбросы спутника не содержат воду и водяные пары. Таким образом, Ио имеет существенное отличие от других спутников Юпитера.

Важным открытием космического аппарата Галилео стало обнаружение на значительной высоте спутника ионосферы. Вулканическая активность изменяет атмосферу и ионосферу спутника.

Орбита и вращение спутника

Ио – это синхронный спутник. Его орбита располагается в 421700 км от центра Юпитера. Полный оборот вокруг планеты Ио совершает за 42,5 часа.

Вулканические процессы на спутнике Ио

Процессы извержения на спутнике происходят не в результате распада радиоактивных элементов, а в результате приливного взаимодействия с Юпитером. Приливная энергия разогревает недра спутника и за счет этого выделяется колоссальная энергия, примерно, от 60 до 80 триллионов ватт, распределение которой происходит неравномерно. Так, например, аппарат «Вояджер-1» обнаружил 8 активных извержений вулканов. Через некоторое время были проведены исследования поверхности аппаратом «Вояджер-2», которые показали извержение 7 из них (они продолжали извергаться).

Ио яркий и удивительный мир, аналогов которому нет во всей Солнечной системе. Активный вулканизм на спутнике размером с нашу Луну просто поражает масштабами, а футуристические фотографии поверхности спутника, полученные множеством космических аппаратов заставляют вновь и вновь погружаться в атмосферу этого далекого и таинственного мира.

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 - 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.

Вторая-самая маленькая из четырех Галилейских лун и расположенная ближе всего к Юпитеру, Ио, впервые была задокументирована Галилео Галилеем (Galileo Galilei) в январе 1610 года. Спутник Ио, наряду с лунами Ганимедом, Европой и Каллисто, доказал землянам, что наша бледно-голубая планета не является центром Вселенной, галактики или даже Солнечной системы, хотя бы потому, что эти четыре спутника вращались вокруг Юпитера, а не вокруг нас. В то время как Галилей держал свое наблюдение в секрете в течение многих лет из-за гонений Католической Церкви, его открытие Ио проложило путь для дальнейших очень странных находок в последующие века, касающихся этой луны.

Называемый «луной-пиццей» Юпитера из-за яркого и размытого ландшафта, Ио также рассматривался как луна, состоящая из огня и льда, поскольку он находится в чрезвычайно холодном месте нашей Солнечной системы (почти 640 миллионов километров от Солнца), но, в отличие от других лун Юпитера, он испускает огромное количество тепла, несмотря на небольшие размеры. Это место чрезвычайно высокой вулканической активности, и современным ученым довелось наблюдать по-настоящему адский пейзаж в космосе, если такой где-либо и существует.

Вообще-то Галилео назвал Ио «Юпитером I», но в середине 1850-х годов луна получила свое мифологическое название. Созданное по образцу жрицы Геры (жены Зевса), небесное тело Ио было одним из многих, с которым у Зевса (аналог Римского бога Юпитера) был роман. В греческой мифологии Ио превратился в корову, чтобы не быть пойманным Герой, и это вполне подходящая история для странной луны с изменяющимся ландшафтом. Ниже приведены десять фактов об Ио, одном из самых странных естественных спутников в нашем уголке космоса.

10. Лишенный воды

Фото: NASA/JPL/University of Arizona

Ио — одно из самых сухих мест в Солнечной системе. Когда Ио первоначально сформировался на орбите Юпитера, на нем был лед. Ученые считают, что вода существовала на Ио после его образования. Однако любая вода, которая могла существовать на Ио в прошлом, уже давно испарилась с него из-за интенсивного излучения Юпитера.

Это не означает, что ученые исключают возможность существования жизни внутри Ио, а не на его поверхности. Если какая-либо жизнь и существует на «Юпитере I», то это, скорее всего, организмы, обитающие глубоко в коре луны. Поэтому, если вы надеетесь найти на Ио инопланетян, то нужно поискать глубоко под землей, где можно укрыться от радиации.

9. Огромные вулканы

На Ио отмечается чрезвычайная вулканическая активность. Мы все слышали об извержении вулкана Сент-Хеленс (Mount St. Helens) в 1980 году в Вашингтоне и извержении Везувия в 79 году н. э., которое погребло под слоем пела древний город Помпеи, или об Йеллоустонском (Yellowstone) супервулкане, который находится внизу штата Вайоминг. Однако все они бледнеют по сравнению с тем, что происходит на Ио. Фактически, на малой луне существуют сотни вулканов, которые являются главным фактором погоды на поверхности Ио.

Извержения вулканов на Ио настолько мощные, что их можно увидеть с Земли с помощью телескопов. В течение нескольких секунд на сотнях квадратных километров происходят извержения. Говорят, что во время некоторых извержений выделяется 20 триллионов ватт энергии, и столбы образующегося при этом мусора уходят прямо в космос. Иногда, столбы, состоящие из серы, скальной породы, и твердых частиц поднимаются на 400 километров над поверхностью луны. Извержения на Ио обычно в тысячи раз мощнее, чем те, что случаются на нашей планете. После извержений из вулканов Ио текут реки лавы, в некоторых случаях их протяженность составляет многие сотни километров.

8. Лавовое море

Под поверхностью Ио находятся моря магмы, покрывающие всю луну. Сжимающий, хлюпающий и плескающийся слой магмы под корой луны похож на желатин и служит топливом для вулканов Ио, в то же время его наличие позволяет поверхности спутника плавать на расплавленных камнях. Этот подземный резервуар жидкой породы имеет толщину 50 километров, что объясняет, почему Ио является местом самой высокой вулканической активности в Солнечной системе.

Недавно ученые подсчитали, что, хотя диаметр Ио примерно равен ширине Северной Америки, его вулканы выбрасывают в 100 раз больше лавы, чем все вместе взятые вулканы на Земле. В одном из районов Ио, названном Локи Патера (Loki Patera) в честь норвежского бога хитрости и обмана, одна из вулканических впадин простирается на 204 километра и постоянно наполняется магмой из-под поверхности. Являющееся открытым, это море лавы будет в миллионы раз больше, чем любое «море» лавы, найденного на Земле.

7. Температура Ио

Температура на Ио изменяется радикально. Из всех лун в нашей Солнечной системе на поверхности Ио могут наблюдаться самые широкие колебания температуры. В некоторых районах Ио, в которых преобладает крупномасштабная вулканическая активность, может наблюдаться температура в 1700 градусов Цельсия, это жарче, чем на поверхности Меркурия. Учитывая излучение от Юпитера и такую высокую температуру, любому посетителю Ио понадобится довольно интенсивный солнцезащитный крем. Однако, в основном, Ио очень холодное место.

Вдали от этих горячих точек вулканической активности, температура на поверхности Ио падает до -153 градусов Цельсия. Космический аппарат НАСА Galileo обнаружил, что ночные температуры на Ио почти такие же, как и на его экваторе и вблизи полюсов. Удивительно, но это почти полная противоположность тому, что происходит на Земле, поскольку экваториальные регионы получают больше солнечного света, чем полярные регионы.

6. Это вонючее место

Возможно, Ио – самое вонючее место в нашей Солнечной системе! Как будто замораживающих кости температур, горячие точек в тысячу градусов и отсутствия воды недостаточно, чтобы значительно усложнить вашу жизнь, на Ио воняет гнилыми яйцами. Почему? Тонкая атмосфера Ио состоит в основном из двуокиси серы (выделяющейся из вулканов). В атмосфере Ио имеются также следы других элементов, которые задерживают эту противную двуокись серы в воздухе.

Не прекращающиеся вулканические извержения подливают «газа», создавая на луне довольно резкий запах. Однако этот газ также способствуют созданию атмосферы Ио (даже если она ужасно пахнет), что делает его уникальным среди лун, поскольку большинство из них просто лишены какой-либо атмосферы. Что выбрать, воздух, который пахнет тухлыми яйцами, или вакуум? Конечно, вы задохнетесь в любом из них.

5. Сильный магнетизм


Фото: Don Davis

В виду того, что атмосфера Ио главным образом состоит из двуокиси серы, это способствует тому, что Ио оказался в очень ионизированном месте. Орбита Ио вокруг Юпитера проходит через интенсивные магнитные поля, превращая Ио в орбитальный электрогенератор. Однако, примечательна не только заряженная атмосфера, рождающая мощные грозы, но и тот факт, что из-за магнитного влияния Юпитера каждую секунду примерно тонна поверхностного покрытия спутника слетает с него. Это серьезная потеря веса!

Материал, который «сдирается» с Ио, быстро подвергается ионизации, образуя вокруг луны интенсивное радиационное облако. Ученые называют его плазменным торусом. Ио — одно из немногих мест в нашей Солнечной Системе, где замечено такое явление, что добавляет еще одну странность в список странностей Ио. К сожалению, ученые склонны согласиться с тем, что такое излучение оставляет мало шансов для формирования жизни на Ио (хотя они не исключают этого полностью) по сравнению с шансами других спутников, вращающихся вокруг Юпитера, таких как ледяная луна Европа.

4. Короткий год на Ио

Год на Ио — один из самых коротких в Солнечной системе. Думаете, время быстро летит на Земле? На Ио год (период обращения вокруг Юпитера) составляет всего 42 земных часа.

В то время как Земной Луне требуется примерно 27 дней, чтобы совершить оборот вокруг нашей планеты, год Ио по сравнению с этим проносится невероятно быстро! Интересно, что длительность года Ио почти равна длительности его дня (1,8 земных дня).

3. Растянутый и сжатый


Фото: NASA/JPL

Еще один странный факт. Как при вымешивании теста, поверхность Ио постоянно испытывает влияние невероятной гравитации Юпитера. Это означает, что под влиянием Юпитера его луна постоянно растягивается и сжимается, изменяя свою форму, поскольку магма внутри спутника сжимается, как желатин. Во время так называемого приливного разогрева поверхность Ио может ежедневно выпирать вверх и уходить вниз на сотни километров.

Другие луны, такие как Европа и Энцелад, также подвергаются приливному разогреву, создающему огромные трещины во льду первого и заставляющему извергаться ледяные гейзеры последнего.

2. Снег из серы


Фото: SwRI/Andrew Blanchard

Каждый день на Ио выпадает снег из серы. В отличие от кристаллов замерзшей воды, которые мы привыкли видеть здесь, на Земле, «снег» на Ио очень странный. В течение двух часов каждый год луна переходит в огромную тень Юпитера. Это создает препятствие на пути солнечного света, и тонкая атмосфера Ио не нагревается. В тени Юпитера холодная температура способствует тому, чтобы диоксид серы из атмосферы выпал на поверхность в виде «снега». Газ, вырывающийся из вулканов Ио, также сразу замерзает, способствуя выпадению частиц серы.

Кроме того, во время этого «теневого эффекта» происходит нечто совсем необычное: во время этих коротких затмений атмосфера Ио существенно разрушается. Примерно через два часа, когда солнечный свет начинает достигать поверхности Ио, атмосфера спутника возрождается, поскольку выпавший серный снег возвращается в газообразное состояние (сублимация). Таким образом, атмосфера Ио находится в бесконечном цикле разрушения и возрождения, поскольку солнечный свет влияет не только на температуру на поверхности, но и на существование атмосферы вокруг луны.

1. Ио помогает нам понять историю Земли

Юпитерианская луна Ио является, наверное, одним из самых странных мест в нашей Солнечной системе, которые только можно себе представить, учитывая огромные вулканы, лавовые моря, вонючую атмосферу (когда она существует) и бомбардировку мощной радиацией Юпитера. Однако ученых привлекают не геофизические странности Ио, а то, что он дает нам возможность заглянуть в историю Земли.

Когда Земля только образовалась более четырех миллиардов лет назад, она представляла собой массивный шар из магмы, бомбардируемый астероидами, падающими в ее лавовые моря. Удивительно, что такой далекий инопланетный мир позволяет нам изучать самые ранние вулканические явления, которые могли иметь место на нашей планете. Как показывает этот список из десяти инопланетных фактов об Ио, самый близкий к Юпитеру спутник, действительно, настоящий космический чудак.

Ио — один из четырех галилеевых спутников Юпитера. Галилео Галилей открыл ее в 1610 году наряду с другими спутниками Юпитера: Ганимедом, Европой и Каллисто. Ио — уникальнейший объект нашей Солнечной системы. Ее легко распознать среди других лун Юпитера по ярко-желтому цвету поверхности. Также она наиболее близко расположена к своему хозяину из всех его лун. Такая расцветка «пиццы» обусловлена высоким содержанием серы и ее соединений. Диаметр Ио — 3642 километра, а это означает, что она — четвёртый по величине спутник в Солнечной системе.

Спутник назван в честь царской дочери, Ио (из древнегреческой мифологии), которая была жрицей Геры, богини брачного союза. По легенде, супруг Геры, Зевс (у римлян — Юпитер) полюбил девушку втайне от жены. Когда Гера узнала об их связи, то превратила несчастную Ио в белую корову и наслала на нее овода, который беспрестанно преследовал и жалил ее. По-английски Ио произносится как «айо».

По размеру Ио примерно с нашу луну, но в отличие от нее, на Ио практически нет ударных кратеров, зато ее без преувеличения можно назвать самым вулканически активным местом в Солнечной системе. Температура на Ио в разных местах очень сильно варьируется. Возле вулканов, разумеется, очень жарко: около 1000°C. Но так как спутник находится далеко от Солнца, то средняя его температура составляет −143°C. Для сравнения, в Антарктике в самый морозный день температура может понизиться до −90°C. Вот такие грандиозные перепады.

Ио требуется 42 часа для того чтобы провернуться по собственной оси и столько же, чтобы обогнуть весь Юпитер. Так как два эти значения одинаковы, это значит что Ио всегда повернута одной и той же стороной к Юпитеру, по аналогии с нашей Луной. Гравитация на Ио очень слабая, поэтому если бы человек, который весит 65 кг на Земле, оказался бы на Ио, то его вес там составил бы всего 11,5 кг.

На поверхности Ио находится более 400 действующих вулканов. Их извержения-фонтаны поднимаются высоко над поверхностью в виде конусообразного облака и падают обратно. То есть по принципу своего действия они больше напоминают гейзеры, нежели вулканы в привычном для нас понимании этого слова. Лава на Ио горячее земной, а осадки состоят из серы. Также в рельефе присутствует множество гор, некоторые из пиков даже выше горы Эверест на Земле. Поверхность Ио покрыта озерами расплавленной серы, впадинами (кальдерами), силикатными горными породами, а также серными потоками длиной в сотни километров. В процессе нагревани и остывания, сера меняет свой цвет, поэтому Ио имеет поверхность с таким изобилием оттенков и цветов.

Геологические структуры на поверхности Ио именуются в честь персонажей и местностей из мифа об Ио, а также в честь божеств огня, вулканов, Солнца и грозы из различных мифов. Вот несколько названий гор: Дунай (Danube Planum), Египет (Egypt Mons), Тохил (Tohil Mons), Сильпиум (Silpium Mons).

Гора Дунай на Ио является так называемой столовой горой, то есть имеет усеченную, плоскую вершину. Назвали ее как и реку Дунай на Земле, где по легенде, проходила про клятая Герой Ио во время своих скитаний. Вообще форма плато очень характерна для гор Ио. Чуть севернее возвышенности Дунай находится вулкан Пеле, один из самых активных на Ио.

Название горы Египет официально приняли в 1997 году. Как известно, Ио закончила свои странствия именно в Египте. Сильпиум — это название местности в Греции, где Ио умерла от горя. В мифологии майя Тохил считался богом грозы и огня, отсюда и название горы Тохил .

Примеры названий активных вулканов на Ио: Амирани (Amirani), Масуби (Masubi), Пеле (Pele), Прометей (Prometheus), Сурт (Surt) и Тор (Thor). Амирани — это герой грузинского мифа и эпоса и является богом огня, аналогом греческого Прометея. Масуби — бог огня в японском мифологии. Вулкан Масуби был исследован впервые 5 марта 1979 года космическим аппаратом «Вояджер-1». Было установлено, что вулкан имеет шлейф выбрасываемого пепла высотой в 64 км и шириной 177 км. Вулкан Пеле был назван в честь гавайского бога вулканов, Пеле, в 1979 году. Вулкан Сурт получил свое наименование в честь скандинавского вулканического бога Суртура (Surtr). Ну а Тор — в германо-скандинавской мифологии является богом грома и бури.

На Ио засвидетельствовано наличие тонкой атмосферы и полярные сияния, вызванные радиацией. Самые сильные сияния наблюдаются в области экватора.

Ио исследовало несколько космических аппаратов. Аппараты-близнецы «Пионер-10» и «Пионер-11» пролетали возле неё 3 декабря 1973 года и 2 декабря 1974 года соответственно.Камера на борту «Пионера-11» дала хорошее изображение северной полярной области Ио.

Детальные снимки должен был сделать и «Пионер-10», но эти наблюдения не удались из-за неправильной работы аппаратуры при высокой радиации. Пролёты зондов-близнецов «Вояджер-1» и «Вояджер-2» мимо Ио в 1979 году, благодаря их более совершенной системе съёмки, дали гораздо более детальные изображения спутника. «Вояджер-1» пролетал мимо спутника 5 марта 1979 года на расстоянии 20 600 километров.

Космический аппарат «Галилео» достиг Юпитера в 1995 году (через шесть лет после старта с Земли). Его целью было продолжение и уточнение исследований «Вояджеров» и наземных наблюдений прошлых лет. Из 35 витков «Галилео» вокруг Юпитера 7 были спроектированы с целью изучения Ио (максимальное сближение — 102 км).

После того, как 21 сентября 2003 года миссия «Галилео» была завершена и аппарат сгорел в атмосфере Юпитера, наблюдения за Ио велись только посредством наземных и космических телескопов. Космический корабль «Новые горизонты» по пути к Плутону и поясу Койпера пролетал мимо системы Юпитера, в том числе Ио, 28 февраля 2007 года.

Во время пролёта было сделано множество отдалённых наблюдений за Ио. В настоящее время для изучения системы Юпитера запланировано две миссии. Аппарат «Юнона», запущенный 5 августа 2011 года НАСА, ограничен в возможностях съёмки, но может обеспечить мониторинг вулканической деятельности Ио своим ближним инфракрасным спектрометром JIRAM. Запланированная дата выхода «Юноны» на нужную орбиту — август 2016 года.