Почему спутник юпитера ио разноцветный. Спутник Юпитера Ио – самый беспокойный объект Солнечный системы. Изучение вулканической активности на спутнике Юпитера Ио
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.
Ио - один из самых больших спутников Юпитера. Больше всего он интересен тем, что на его поверхности расположено более четырех сотен активных вулканов. Его уникальность состоит в том, что во всей Солнечной системе вулканическая активность проявляется только на Ио и на Земле.
История открытия
Спутники Юпитера были открыты еще Галилео Галилеем в 1610 году. Ему удалось увидеть на орбите газового гиганта целых четыре луны. Тогда ученый не стал давать им имена, а лишь обозначил порядковыми номерами - Ио был первым.
Четыре года спустя, Симон Мариус, который также увидел спутники, предложил дать им названия. Ио была жрицей в древнегреческой мифологии.
Характеристики
Ио имеет форму шара, сплюснутого на полюсах. Его радиус по экватору составляет 1830 км.
Плотность спутника Юпитера составляет 3,55 г/м 3 , три остальные луны имеют меньший показатель, снижающийся по мере удаленности от планеты.
Во вращении Ио примечательно то, что он делает полный оборот вокруг собственной оси за такое же время, как и вокруг планеты. Поэтому он всегда повернут к Юпитеру только одной стороной. Происходит этот оборот за 42 наших часа.
Этот спутник Юпитера не похож на три других. Он покрыт различными отложениями из-за множества активных вулканов на нем. Поверхность Ио ярко-желтая с темными пятнами, в основном она ровная с редко встречающимися кратерами и небольшими наклонными горными массивами - они наклонены из-за сжимания литосферы. Воды там нет, но ледники имеются.
Атмосфера
У Ио есть атмосфера во многом благодаря вулканам. Она состоит из диоксида серы, кислорода и хлорида натрия. Атмосферный слой очень тонкий и неравномерный, поэтому и давление везде разное.
На этом спутнике даже встречаются северные сияния из-за космической радиации. Температура самых холодных участков луны Юпитера - 184 градуса, а самых жарких - 1527, да, здесь всегда очень жарко.
- На вершинах вулканов Ио температура может достигать 3000 градусов.
- На этом спутнике Юпитера идет снег, правда состоит он из диоксида серы.
- Здесь часто меняется рельеф из-за землетрясений и вулканической активности. То есть, там, где раньше были равнины, могут вырасти горы, и наоборот.
- На Ио могла быть вода в момент его образования. Но ей не суждено было там остаться из-за сильных излучений Юпитера.
Ио — по имени возлюбленной Зевса — называется один из галилеевых спутников, самый близкий к планете-гиганту Юпитеру. Название спутнику было присвоено С. Мариусом в 1614 г. Это тело занимает среди остальных больших спутников третье место, превосходя по размеру Европу.
Диаметр Ио равняется 3630 км, т.е. составляет 1,04 лунного. Размеры юпитерианской луны сопоставимы с размерами земной. Однако масса превышает лунную в 1,21 раза, достигая 88 935 квадриллионов т. Блеск уступает блеску прочих галилеевых спутников, за исключением Ганимеда.
Ио всегда повернута одной стороной к планете, точно так же, как Луна к Земле. Это объясняется тем, что скорость оборота Ио вокруг оси равна скорости оборота вокруг Юпитера. Расстояние между планетой и спутником составляет 421,6 тыс. км, остальные галилеевы спутники расположены гораздо дальше от Юпитера.
У Ио есть и другой рекорд: поскольку она была открыта одной из первых и оказалась на тот момент ближайшей к планете, то получила порядковый номер I (Европа, Ганимед и Каллисто соответственно II, III, IV). Одновременно с тем действительно ближайшие спутники естественные Юпитера Метида и Адрастея носят номера XVI и XIV.
Рельеф этого спутника необычайно сложен в сравнении с поверхностью прочих: широкие долины с крутыми откосами и эскарпами (крутыми уступами), холмами и впадинами, многочисленные вулканические кальдеры, высокие — до 10 км — горы в северном полушарии.
Поверхность Ио сформировалась около 1 миллиона лет назад и является очень молодой в геологическом плане. Об этом свидетельствует полное отсутствие ударных кратеров с диаметром больше 2 км. Кроме того, это подтверждает высокая вулканическая активность недр спутника.
Ио является единственным в пределах Солнечной системы вулканически активным спутником. Фотосъемка «Вояджеров» обнаружила на поверхности объекта более ста кальдер (отверстий вулканических кратеров) диаметром от 200 км, т.е. на несколько порядков превосходящих земные. Космические аппараты зафиксировали работу семи вулканов, про которые с полной уверенностью можно сказать, что они действующие.
Первый из аппаратов, приблизившихся к Ио, наблюдал работу всех семи вулканов, к моменту подлета второго аппарата извержение одной из огненных гор завершилось. Пленка зафиксировала выбросы из жерл окраинного вулкана изверженного материала на высоту 200 км. Вулкан исторгал вещество, придавая ему скорость 1 км/с, чего не наблюдается на Земле. По химическому составу газы и частички вулканического выброса представлены в основном сероводородом и сернистым ангидридом. Это характерно и для земных извержений.
Скорее всего, на Ио сера служит главным элементом в химической эволюции планеты. Существует версия, что на Ио жидкая магма почти не прорывается на поверхность твердой силикатной коры спутника, поскольку вступает в реакцию с серными морями. Последние представляют собой подкорковые запасы жидкой серы. Именно она выбрасывается под давлением на поверхность спутника, прорывая его тонкую молодую кору. Эта сера скапливается на планете слоями толщиной от 3 - 5 в среднем до 30 км максимум. Облик планеты ярко раскрашен соединениями серы. Красные, пурпурные и желтые пятна образовались из сконденсированных паров чистой серы, черные — из насыщенного серой вулканического пепла, белые — из кристаллов сернистого ангидрида, называемых серным снегом.
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.
Орбита = 422 000 км от Юпитера
Диаметр = 3630 км
Масса = 8.93*1022 кг
Ио - третий по величине и ближайший спутник Юпитера. Ио немного больше, чем Луна - спутник Земли. Ио была первой возлюбленной Зевса (Юпитера), которую он превратил в корову, чтобы попытаться скрыть от ревнивой Геры. Ио открыли Галилей и Мариус в 1610 году.
В отличие от большинства спутников во внешней солнечной системе Ио и Европа подобны по составу планетам земной группы, прежде всего наличием силикатных горных пород. Последние данные со спутника Galileo показывают, что Ио имеет железное ядро (возможно, смесь железа с сульфидом железа) радиусом по крайней мере 900 км.
Поверхность Ио радикально отличается от поверхности любого другого тела Солнечной системы. Это было совершенно неожиданным открытием, сделанным учеными с помощью корабля Voyager. Они ожидали увидеть поверхность, покрытую кратерами, как на других телах с твердой поверхностью, и оценить по ним возраст поверхности Ио. Но на Ио найдено очень мало кратеров, следовательно, его поверхность очень молода.
Вместо кратеров Voyager 1 обнаружил сотни вулканов. Некоторые из них активны! Фотографии извержений с факелами высотой 300 км были переданы на Землю кораблями Вояджером и Галилео. Это было первое реальное доказательство того, что ядра других тел земной группы также горячи и активны. Материал, прорывающийся из вулканов Ио, является некоторой разновидностью серы или двуокиси серы. Вулканические извержения быстро изменяются. Только за четыре месяца, прошедшие между полетами Voyager 1 и Voyager 2, некоторые из вулканов перестали действовать, но появились другие.
Недавние изображения, полученные с помощью телескопа NASA c инфракрасной камерой в Mauna Kea на Гавайях, показывают новое и очень большое извержение. Изображения с Galileo также показывают много изменений со времени полета Вояджера. Эти наблюдения подтверждают, что поверхность Ио действительно очень активна.
Ландшафты Ио удивительно разнообразны: котлованы глубиной до нескольких километров, озера расплавленной серы (ниже справа), горы, которые не являются вулканами, потоки из какой-то вязкой жидкости (некая разновидность серы?), тянущиеся на сотни километров, и вулканические жерла. Сера и серосодержащие смеси дают широкий диапазон цветов, которые наблюдаются на снимках Ио.
Анализ снимков, полученных Вояджером, приводил ученых к предположению о том, что потоки лавы на поверхности Ио состоят главным образом из расплавленной серы с различными примесями. Однако последовательные наземные инфракрасные исследования указывают, что они слишком горячи для того, чтобы быть жидкой серой. Одна из идей по этому поводу состоит в том, что лава на Ио является расплавленной силикатной горной породой. Недавние наблюдения указывают, что это вещество может содержать натрий.
Некоторые из самых горячих пятен на Io достигают температур 1500 K, хотя средняя температура намного ниже, приблизительно 130 K.
Энергию для всей этой активности Ио, возможно, получает благодаря приливным взаимодействиям с Европой, Ганимедом и Юпитером. Хотя Ио, подобно Луне, всегда повернута одной и той же стороной к Юпитеру, все же влияние Европы и Ганимеда вызывает небольшие колебания. Эти колебания вытягивают и изгибают поверхность Ио на целых 100 метров и генерируют теплоту, в результате чего поверхность нагревается.
Ио пересекает линии магнитного поля Юпитера, генерируя электрический ток. Хотя он мал по сравнению с приливным нагревом, этот ток может нести более чем 1 триллион Вт. Недавние данные с Galileo указывают, что Ио может иметь собственное магнитное поле, как Ганимед. На Ио очень разряженная атмосфера, состоящая из двуокиси серы и, возможно, некоторых других газов. В отличие от других спутников Юпитера, на Ио очень мало или вообще нет воды.
Согласно последним данным космического корабля Galileo вулканы на Ио очень горячи и включают в себя незнакомые ингредиенты. Спектрометр ближнего инфракрасного диапазона, установленный на Galileo, обнаружил чрезвычайно высокие температуры внутри вулканов. Они оказались намного выше, чем считалось ранее. Спектрометр способен обнаруживать тепло вулкана и указывать расположение различных материалов на поверхности Ио.
Внутри вулкана Пеле (Pele), названного по имени мифологической Полинезийской богини огня, температура намного выше температуры внутри любого из вулканов на Земле - она составляет около 1500° С. Возможно, что миллиарды лет назад вулканы на Земле были такими же горячими. Теперь ученых интересует следующий вопрос: все ли вулканы на Ио извергают такую горячую лаву, или большинство вулканов подобны базальтовым вулканам на Земле, которые выбрасывают лаву с более низкими температурами - около 1200° С?
Еще до того, как Galileo подлетел близко к Ио в конце 1999 - начале 2000 года, было известно, что на Ио есть два больших вулкана с очень высокой температурой. Теперь же Galileo обнаружил, что на Ио существует больше высокотемпературных районов, чем показывали отдаленные наблюдения. Это означало, что на Ио могут быть и намного меньшие вулканы с очень горячей лавой.
Один из наиболее активных вулканов на Ио - вулкан Прометей. Его выбросы газа и пыли были зафиксированы и ранее космическим кораблем Voyager, и теперь - Galileo. Вулкан окружен кольцом яркой двуокиси серы.
Как уже было сказано, спектрометр, установленный на борту Galileo, может распознавать различные вещества путем определения их способности поглащать или отражать свет. Таким образом был обнаружен не известный до сих пор материал. По предположениям ученых это мог быть минерал, содержащий железо, типа пирита, присутствующий в силикатной лаве. Но дальнейшие исследования показали, что, вероятнее всего, это вещество не поднимается на поверхность вместе с лавой, а скорее выбрасывается вулканическими факелами. Возможно, что идентификация этого таинственного состава потребует экспериментов в лаборатории при использовании данных наблюдений космического корабля.
Ио имеет твердое металлическое ядро, окруженное каменной мантией, как у Земли. Но под действием гравитации Луны форма Земли искажается слабо. А вот форма Ио под влиянием Юпитера искажается гораздо сильнее. Фактически, Ио постоянно имеет овальную форму из-за вращения и приливного влияния Юпитера. Корабль Galileo измерил полярную гравитацию Ио, когда облетал его в мае 1999 года. При известном гравитационном поле можно определить внутреннюю структуру Ио. Взаимосвязь между полярной и экваториальной гравитацией показывает, что Ио имеет большое металлическое ядро, по большей части железное. Металлическое ядро Земли генерирует магнитное поле. Пока не известно, генерирует ли металлическое ядро Ио свое магнитное.