Nejvýznamnější astronomické objevy v historii průzkumu vesmíru jsou spojeny s názvem Galileo Galilei. Díky tomuto talentovanému a vytrvalému italovi se svět v roce 1610 poprvé dozvěděl o existenci čtyř měsíců Jupitera. Zpočátku byly tyto nebeské objekty obdrženy společným jménem - galilejskými satelity. Později každý z nich dostal jméno: Io, Europa, Ganymede a Callisto. Každý ze čtyř největších družic Jupitera je zajímavý svým způsobem, ale je to satelit Io, který se vyznačuje ostatními galilejskými satelity. Toto nebeské tělo je nejvíce exotické a neobvyklé mezi dalšími objekty sluneční soustavy.
Co je neobvyklé v družici Io?
Již s jedním pozorováním přes dalekohled, satelit Io vyčnívá pro jeho vzhled mezi dalšími družicemi Sluneční soustavy. Namísto obvyklého šedého a blátivého povrchu má nebeské tělo jasně žlutý disk. Za 400 let člověk nemohl najít důvod tak neobvyklé barvy povrchu družice Jupiter. Teprve koncem 20. století bylo díky letům automatických vesmírných sond na obří Jupiter možné získat informace o Galilejských družicích. Jak se ukázalo, Io je možná nejčastěji aktivnějším objektem sluneční soustavy, pokud jde o geologii. Toto bylo potvrzeno obrovským počtem aktivních vulkánů objevených na družici Jupitera. K dnešnímu dni identifikovali asi 400 lidí a je to v oblasti, která je 12krát menší než oblast naší planety.
Plocha satelitu Io je 41,9 m2. kilometry Země má plochu 510 milionů km a na jeho povrchu dnes je 522 aktivních sopky.
Co se týče jeho velikosti, mnoho Io sopky překračuje velikost suchozemských sopky. Podle intenzity výbuchů, jejich trvání a síle překračuje sopečná činnost na družici Jupitera obdobné suchozemské ukazatele.
Některé sopky tohoto druhu vysílají obrovské množství jedovatých plynů do výšky 300-500 km. Současně je povrch nejneobvyklejšího družice Sluneční soustavy Io obrovskou plání, v jejímž středu je obrovský pohoří rozdělen rozsáhlými proudy lávy. Průměrná výška hornatých útvarů na Io je 6-6,5 km, ale zde jsou zde i vrcholky hor, které jsou více než 10 km vysoké. Například hora South Boosavla má výšku 17-18 km a je nejvyšším vrcholem sluneční soustavy.
Téměř celý povrch družice je výsledkem storočních erupcí. Podle instrumentálních studií prováděných z vesmírných sond Voyager-1, Voyager-2 a dalších zařízení je hlavním materiálem družice Io zmrzlá síra, oxid siřičitý a sopečný popel. Proč tolik barevných ploch na povrchu satelitu. To je dáno skutečností, že aktivní vulkanismus neustále vytváří charakteristický kontrast barvení povrchu družice Io. Objekt může na krátkou dobu změnit jasně žlutou barvu na bílou nebo černě. Výrobky sopečných výbuchů tvoří tenké a heterogenní složení atmosféry družice.
Takováto vulkanická činnost je způsobena zvláštnostmi struktury nebeského těla, které je neustále vystaveno působení gravitačního pole mateřské planety a účinkům jiných velkých satelitů Jupitera, Evropy a Ganymede. V důsledku vlivu kosmické gravitace v hlubinách satelitu vzniká tření mezi kůrou a vnitřními vrstvami, což vytváří přirozené ohřev hmoty.
Pro astronomy a geology, kteří studují strukturu objektů ve sluneční soustavě, je Io skutečnou a aktivní zkušební zemí, kde se objevují procesy charakteristické pro počáteční období formování naší planety. Vědci v mnoha vědních oborech dnes pečlivě studují geologii tohoto nebeského těla a dělají jedinečný satelit Jupitera Io předmětem pečlivé pozornosti.
Zajímavá fakta o družici Io
Nejvíce geologicky aktivní nebeské těleso ve sluneční soustavě má průměr 3 630 km. Rozměry Io nejsou tak velké v porovnání s jinými družicemi ve sluneční soustavě. Pokud jde o jeho parametry, satelit má skromné čtvrté místo, předával obrovské Ganymede, Titan a Callisto. Průměr Io je jen 166 km. přesahuje průměr družice Měsíce - Země (3474 km).
Satelit je nejblíže mateřské planetě. Vzdálenost od Io do Jupitera je pouze 420 tisíc km. Oběžná dráha má téměř správnou formu, rozdíl mezi perihelionem a apogeliem je pouze 3400 km. Objekt se rozlétá v kruhové oběžné dráze kolem Jupitera s obrovskou rychlostí 17 km / s, která se kolem něj obrátí kolem 42 hodin. Pohyb na oběžné dráze je synchronizován s rotačním obdobím Jupitera, takže se Io vždy obrátil k němu na stejné hemisféře.
Hlavní astrofyzikální parametry nebeského těla jsou následující:
- Io má hmotnost 8,93x1022kg, což je 1,2násobek hmotnosti Měsíce;
- hustota družice je 3,52 g / cm3;
- gravitační zrychlení na povrchu Io je 1,79 m / s2.
Při pozorování pozice Io na noční obloze lze snadno určit rychlost jeho pohybu. Nebeské tělo neustále mění svoji polohu vzhledem k planetárnímu disku mateřské planety. Navzdory velmi působivému gravitačnímu pole satelitu Io není schopen udržet neustálou hustou a homogenní atmosféru. Tenký plynový obal kolem Měsíce Jupitera je prakticky vesmírné vakuum, nezabrání uvolňování erupčních produktů do vesmíru. To vysvětluje obrovskou výšku sloupů vulkanického vyhazování, které se vyskytují na Io. Při nepřítomnosti normální atmosféry převažují nízké teploty na povrchu satelitu až na -183 ° C. Tato teplota však není jednotná pro celý satelitní povrch. V infračervených snímcích získaných z kosmické sondy Galileo byla viditelná heterogenita teplotní vrstvy povrchu Io.
Nízké teploty převažují na hlavní ploše nebeského těla. Na mapě teploty jsou tyto plochy barevně modré. Nicméně na některých místech na povrchu satelitu jsou jasně oranžové a červené skvrny. Jedná se o oblasti s největší vulkanickou aktivitou, kde jsou viditelné erupce a na běžných snímcích jasně viditelné. Pele Volcano a Locke Lava Flow jsou nejžhavější oblasti na povrchu družice Io. Teplota v těchto oblastech se pohybuje od 100-130 ° pod nulou v stupních Celsia. Malé červené body na teplotní mapě jsou krátery aktivní sopky a místa zlomenin v kůře. Zde teplota dosahuje 1200-1300 stupňů Celsia.
Satelitní struktura
Nelze přistát na povrchu, vědci nyní aktivně pracují na modelování struktury Jovského měsíce. Satelit se pravděpodobně skládá z křemičitých hornin zředěných železem, což je charakteristické pro strukturu pozemských planet. To potvrzuje i vysoká hustota Io, která je vyšší než u sousedů - Ganymede, Callisto a Evropa.
Moderní model, založený na datech získaných kosmickými sondy, je následující:
- ve středu satelitu, železné jádro (sulfid železa), které tvoří 20% hmotnosti Io;
- plášť, sestávající z minerálů asteroidní povahy, je v polo-tekutém stavu;
- tekutá magma podpovrchová vrstva o tloušťce 50 km;
- Družicová litosféra se skládá ze síry a bazaltových sloučenin a dosahuje tloušťky 12-40 km.
Při vyhodnocování získaných dat v simulaci vědci dospěli k závěru, že jádro satelitu Io musí mít polo-kapalný stav. Pokud jsou sloučeniny síry přítomny společně se železem, může jeho průměr dosáhnout 550-1000 km. Pokud se jedná o plně metalizovanou látku, velikost jádra se může pohybovat mezi 350-600 km.
Vzhledem k tomu, že během družicových studií nebylo zjištěno žádné magnetické pole, v družicovém jádře neexistují žádné procesy konvekce. Na tomto pozadí vzniká přirozená otázka, jaké jsou skutečné příčiny takové intenzivní sopečné činnosti, kde si Io sopky čerpají energii?
Menší velikost družice nám neumožňuje říci, že se v důsledku reakce radioaktivního rozpadu provádí zahřívání střev nebeského těla. Hlavním zdrojem energie uvnitř satelitu je příliv energie jeho kosmických sousedů. Pod vlivem gravitace Jupitera a sousedních satelitů se Io osciluje a pohybuje se na vlastní oběžné dráze. Satelit se zdá být houpavý, zažívá silné libration (uniformní houpání), zatímco se pohybuje. Tyto procesy vedou k zakřivení povrchu nebeského těla, což způsobuje termodynamické zahřívání litosféry. To lze porovnávat s ohybem kovového drátu, který je v ohýbání velmi horký. V případě Io se všechny tyto procesy vyskytují v povrchové vrstvě pláště na hranici s litosférou.
Satelit je překryta sedimenty - výsledky vulkanické aktivity. Jejich tloušťka se v místech hlavní lokalizace pohybuje v rozmezí 5-25 km. Ve své barvě jsou to tmavé skvrny, silně v kontrastu s jasně žlutým povrchem družice, způsobené vylitím křemičitého magmatu. Přes velký počet aktivních soprů, celková plocha vulkanických kalder na Io nepřesahuje 2% plochy povrchu satelitu. Hloubka sopečných kráterů je nevýznamná a nepřesahuje 50-150 metrů. Reliéf na většině nebeského těla je plochý. Pouze v některých oblastech jsou masivní horské pásy, například komplex sopky Pele. Kromě této vulkanické formace na Io se odhaluje horský masív sopky Pater Ra, horské řetězy a masivy různých délek. Většina z nich má jména, která jsou v souladu s toponymymi země.
Io sopky a jeho atmosféru
Nejzajímavější objekty na satelitu Io jsou jeho sopky. Velikost oblastí se zvýšenou sopečné aktivitou se pohybuje od 75 do 300 km. Dokonce i první Voyager během svého letu zaznamenal výbuch osmi sopky najednou na Io. O několik měsíců později snímky pořízené kosmickou lodí Voyager v roce 1979 potvrdily informace, že erupce v těchto místech pokračují. Na místě, kde se nachází největší sopka Pele, byla zaznamenána nejvyšší povrchová teplota +600 stupňů Kelvina.
Následné studie informací z kosmických sond umožnily astrofyzikům a geologům rozdělit všechny sopky Io na následující typy:
- nejpočetnější sopky, které mají teplotu 300-400 K. Míra emisí plynů je 500 m / s a výška emisního sloupce nepřesahuje 100 km;
- Druhý typ zahrnuje nejžhavější a nejsilnější sopky. Zde můžete hovořit o teplotách 1000K v kalderu samotné sopky. Tento typ je charakterizován vysokou ejekční rychlostí 1,5 km / s, obří výška plynového sultána je 300-500 km.
Pele Volcano patří k druhému typu s kalderou o průměru 1000 km. Vklady v důsledku výbuchů tohoto obra zaujímají obrovskou plochu - jeden milion kilometrů. Další sopečný objekt, Pater Ra, je zajímavý. Z oběžné dráhy se tato část povrchu satelitu podobá mořskému hlavonožci. Serpentinová láva teče, která se rozprostírá od místa výbuchu a protahuje se na 200-250 km. Tepelné radiometry vesmírných vozidel neumožňují přesně určit povahu těchto toků, jak je tomu u geologického objektu Loki. Jeho průměr je 250 km a pravděpodobně je toto jezero naplněné roztavenou sírou.
Vysoká intenzita výbuchů a obrovská škála katastrof nejen mění neustále reliéf satelitů a krajiny na jejich povrchu, ale také vytvářejí plynové obaly - jakousi atmosféru.
Hlavním prvkem atmosféry družice Jupitera je oxid siřičitý. V přírodě jde o plynný oxid siřičitý bez barvy, ale se silným zápachem. Kromě oxidu siřičitého byly v mezivrstvě Io plynu detekovány oxid siřičitý, chlorid sodný, atomy síry a atomy kyslíku.
Oxid siřičitý na Zemi je běžné potravinářské aditivum, které se v potravinářském průmyslu používá jako konzervační látka E220.
Tenká atmosféra satelitu Io je nerovnoměrná ve své hustotě a tloušťce. Atmosférický tlak družice je také charakterizován touto nekonzistencí. Maximální hodnota atmosférického tlaku Io je 3 nbar a je pozorována v oblasti rovníku v hemisféře, obrácené k Jupiterovi. Minimální hodnoty atmosférického tlaku se nacházejí na noční straně satelitu.
Sultany horkých plynů nejsou jedinou vizitkou družice Jupitera. Dokonce i za přítomnosti silně rozptýlené atmosféry se v rovníkové oblasti nad povrchem nebeského těla mohou pozorovat polární záře. Tyto atmosférické jevy jsou spojeny s účinkem kosmického záření na nabité částice vstupující do horní atmosféry během erupce sopky Io.
Io satelitního výzkumu
Podrobná studie o planetách plynových obrů a jejich systémech začala v letech 1973-74 s misemi prostorových sond Pioner-10 a Pioneer-11. Tyto expedice poskytly vědcům první snímky satelitu Io, na základě kterých byly provedeny přesnější výpočty velikosti nebeského těla a jeho astrofyzikálních parametrů. Za průkopníky dvě americká vesmírná sonda Voyager 1 a Voyager 2 vyrazili na Jupitera. Druhá jednotka se podařilo dosáhnout co nejblíže Io ve vzdálenosti 20 tisíc km a vytvářet lepší snímky v blízkém dosahu. Díky práci Voyagerů získali astronomové a astrofyzikové informace o přítomnosti aktivní sopečné aktivity na tomto satelitu.
Posláním prvních vesmírných sond, kteří studovali vesmír v blízkosti Jupitera, pokračovala kosmická loď NASA Galileo, která byla zahájena v roce 1989. Po 6 letech loď dosáhla Jupitera a stala se jeho umělou družicí. Souběžně se studiem obrovské planety byla schopnost automatické sondy Galileo přenášet data na povrchu družice Io na Zemi. Během orbitálních letů z kosmické sondy získaly pozemní laboratoře cenné informace o struktuře družice a údaje o její vnitřní struktuře.
Po krátké přestávce v roce 2000 vesmírná sonda NASA a ESA Cassini-Huygens zachytila obušku při studiu nejvíce jedinečné družice Sluneční soustavy. Studium a zkoumání přístroje Io bylo započato během jeho dlouhé cesty do Titanu - družice Saturnu. Poslední údaje o satelitu byly získány pomocí moderního vesmírného sondy New Horizons, který letěl kolem Io v únoru 2007 na cestě ke Kuiperovu pásu. Nová dávka obrazů byla představena vědcům pozemních observatořích a Hubbleovu kosmickému dalekohledu.
V současné době pracuje kosmická loď Nuno Juno na oběžné dráze Jupitera. Vedle studie Jupitera pokračuje v infračerveném spektrometru studium vulkanické aktivity družice Io. Údaje přenášené na Zemi umožňují vědcům sledovat aktivní vulkány na povrchu tohoto zajímavého nebeského těla.
