| Фольклор.
Ио - самый крупный и ближний спутник Юпитера. Происхождение его названия восходит к греческим легендам. Ио была возлюбленной Юпитера ( бога Зевса ), увидев которую, Гера ( жена Зевса ) сильно заревновала. Зевс решил спрятать свою новую возлюбленную и превратил её в корову, но Гера смогла узнать свою соперницу и напустила на неё ужасного шмеля, который стал жалить Ио и гонять по разным землям, не давая покоя. Тогда Зевс и решил спрятать свою юную возлюбленную на небе, превратив её в звезду.
Галилео Галилей открыл Ио в 1610 году наряду с другими спутниками Юпитера: Ганимедом, Европой и Каллисто. Ио - уникальнейший объект нашей Солнечной системы. Его легко распознать среди других спутников Юпитера по ярко - желтому цвету поверхности. Так же он наиболее близко расположен к своему хозяину, Юпитеру. Такая расцветка спутника обусловлена высоким содержанием серы и ее соединений.
Фотография Ио, сделанная аппаратом "Галилео" в 1999 г. Желтоватый цвет говорит о высоком содержании серы.
Орбита и газовые столбы.
Орбита Ио расположена на расстоянии 421.700 км от центра Юпитера, и в 350.000 км от верхнего слоя его облаков. Ио - пятый по отдалению от Юпитера его спутник и самый внутренний из Галилеевых спутников. Его орбита пролегает между Фивой и Европой. Ему требуется 42,5 часа, чтобы совершить полный оборот вокруг Юпитера ( достаточно быстро, что - бы его движение было заметно за одну ночь наблюдений ). Ио находится в орбитальном резонансе 2:1 с Европой и 4:1 с Ганимедом, то есть успевает обернуться вокруг Юпитера 2 раза за время одного оборота Европы и 4 раза за время одного оборота Ганимеда. Такой резонанс поддерживает эксцентриситет орбиты Ио ( 0,0041 ), что в свою, далеко не последнюю, очередь служит основной причиной небывалой гео активности спутника. Без такого резонанса орбита Ио скруглилась бы из - за приливного ускорения, и он, скорее всего, никогда бы не был таким геологически активным спутником.
Анимация, демонстрирующая Лапласов резонанс Ио с Европой и Ганимедом.
Точному знанию положения космического аппарата, у такой далекой от Земли планеты способствуют не только средства радионавигации, но и передаваемые аппаратом телевизионные изображения, на которых видны спутники на фоне звезд. Получаемые относительные положения небесных тел вводятся в вычислительную машину, которая уточняет координаты аппарата. Одна из легенд рассказывает, что когда "Вояджер - 1" приближался к Юпитеру, ЭВМ указала руководительнице эксперимента на ошибку во вводимой в ЭВМ магнитной ленте с записью изображения спутника Ио. Причина была непонятной, но в конце концов ученой удалось выяснить, что форма лимба Ио не соответствовала заложенным в ЭВМ представлениям о круглом небесном теле. Сбоку у Ио что-то выступало. Это что - то, впоследствии оказалось огромным газовым "султаном", который поднимался на высоту около 250 - 300 км над действующим вулканом. Следует сказать, что Ио давно удивляет астрономов. Несколько лет назад вдоль орбиты Ио было обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы. Как сохраняется такой тор ( "бублик" ) в пространстве? Вначале учёным показалось, что все объяснили телевизионные снимки Ио: 7 - 8 действующих вулканов на ее поверхности выбрасывают фонтаны газообразных веществ, поднимающихся на сотни километров. Бледно - оранжевый цвет некоторых участков поверхности Ио вызван, по - видимому, отложениями серы и сконденсированного сернистого газа.
Газовый столб на Ио и Европа.
Но дело в том, что Ио - довольно массивное небесное тело ( на 20% больше массы Луны ), а средняя плотность составляет 3,53 г/см3. Диаметр Ио 3620 км ( Луны 3476 км ). Расчеты показывают, что ускорение свободного падения на ее поверхности достаточно велико, 1,81 м/с2. Тяжелый сернистый газ, а также пары серы, выброшенные из вулканической кальдеры, из - за низкой температуры быстро конденсируются и в таком виде, как иней и снег, выпадают на поверхность Ио.
Этот процесс опережает разрушение молекулы газа ультрафиолетовым излучением Солнца ( фотодиссоциацию ). В то же время ускорение свободного падения недостаточно, чтобы удержать такую атмосферу, как у Марса, хотя какие - то следы атмосферы Ио имеет. Выброс газа на высоту несколько сотен километров требует скоростей истечения газа из жерла примерно 1 км/с. Высокой скорости истечения способствует ничтожная плотность атмосферы Ио: от 10 до 100 миллионов раз меньше, чем у поверхности Земли. По земным понятиям - это глубочайший вакуум.
Структура спутника.
Ио, состоящая в основном из силикатных пород и железа, ближе по составу к планетам земной группы, чем к другим спутникам во внешней части Солнечной системы ( которые состоят главным образом из водяного льда и силикатов ). Ио занимает первое место по плотности среди спутников в Солнечной системе. Модели, составленные по измеренным "Вояджерами" и «Галилео» массе, радиусу и коэффициентам гравитационного квадруполя ( числа, описывающие распределение массы в пределах объекта ), указывают на то, что структура Ио расслоена на ядро из железа или сульфида железа и кору с мантией, которые богаты силикатами.
Модель возможного внутреннего строения Ио с ядром, состоящим из железа или сульфида железа (выделено серым цветом), силикатной корой (выделено коричневым) и частично расплавленной силикатной мантией между ними (выделено оранжевым).
Металлическое ядро составляет приблизительно 20 % от массы Ио. Радиус ядра зависит от содержания серы: если оно состоит из чистого железа, его радиус лежит в пределах 350 - 650 км, а если оно состоит из соединений железа и серы - в пределах 550 - 900 км. Магнитометр "Галилео" не обнаружил у Ио собственное магнитное поле, и это указывает на то, что в её железном ядре нет конвекции.
Атмосфера.
Ио имеет очень тонкую атмосферу, состоящую в основном из двуокиси серы (SO2) с незначительным содержанием моноксида серы (SO), хлорида натрия (NaCl) и атомарных серы и кислорода. Плотность и температура атмосферы существенно зависят от времени суток, широты, вулканической активности и количества поверхностного инея. Максимальное атмосферное давление на Ио колеблется от 0,33×10−4 до 3×10−4 Па или от 0,3 до 3 нбар. Оно наблюдается не только на противо - юпитерианском полушарии Ио, но и вдоль экватора, а иногда и наблюдается в начале второй половины дня, когда температура поверхности достигает максимума. Тонкая атмосфера Ио также показывает, что любые зонды, которые будут приземляться на Ио, не будут нуждаться в аэродинамической оболочке с тепловым экраном, но зато должны быть оснащены ретро - ракетами, для замедления и остановки аппарата для более мягкого приземления. Малая толщина атмосферы требует и большую устойчивость аппарата к радиации.
На изображениях Ио, сделанных высокочувствительными камерами во время затмения спутника, видны полярные сияния. Как и на Земле, эти сияния вызываются радиацией, поражающей атмосферу, но в случае Ио заряженные частицы прибывают по линиям магнитного поля Юпитера, а не от солнечного ветра. Обычно полярные сияния наблюдаются возле магнитных полюсов планет, но у Ио они самые яркие вблизи экватора.
Полярное сияние в верхних слоях атмосферы Ио. Различными цветами светятся различные компоненты атмосферы. Зелёное свечение даёт натрий, красное - кислород, синее - вулканические газы, такие как диоксид серы.
Поскольку у Ио нет собственного магнитного поля, поэтому заряженные частицы, движущиеся вдоль магнитного поля Юпитера, беспрепятственно воздействуют на атмосферу спутника. Ярчайшие полярные сияния возникают вблизи экватора - там, где линии магнитного поля параллельны поверхности спутника и, следовательно, пересекают большую толщу газа. Полярные сияния в этих областях колеблются в зависимости от изменений ориентации наклонённого магнитного диполя Юпитера. Кроме экваториальных, наблюдаются и другие полярные сияния: красное свечение атомов кислорода вдоль лимба Ио и зелёное свечение атомов натрия на её ночной стороне.
Поверхностный состав и вулканы.
Ярко-желтая окраска Ио определяется лавой, которая состоит из серы и расплавленных силикатных пород. Поверхность необычного спутника выглядит так, словно у него совсем юный возраст ( в космических масштабах, разумеется ). Это впечатление создается из - за того, что на спутнике Ио очень много действующих вулканов. Извержения провоцируются под воздействием гравитации Юпитера и других близких спутников, которая создает своеобразные приливы и отливы в океане магмы, которой Ио буквально заполнен "до краев". Этот процесс приводит к сильному разогреву внутренней части спутника, благодаря чему расплавленная порода выплескивается на поверхность. Взрывной вулканизм Ио, часто дающий шлейфы вулканического пепла, образующие причудливые формы, окрашивает поверхность силикатами и соединениями серы. Осадки этих шлейфов часто окрашены в красный или белый цвет ( в зависимости от содержания серы и её диоксида ).Порой температура лавы доходит до такой высокой точки, что она начинает светиться.
Спутник Ио побил своеобразный рекорд: его вулканическая активность - наибольшая в Солнечной системе. Более десяти вулканов могут начать извергаться одновременно, покрывая поверхность Ио многокилометровыми потоками лавы. Гаснут они очень быстро, но на смену с еще большей интенсивностью приходят другие. Смена рельефа спутника происходит буквально в течение сотен лет. Кратеры многих вулканов имеют гигантские размеры, мгновенно из такого жерла может извергнуться до ста тысяч тонн вещества, достигая высоты выброса в триста километров. За миллионы лет таких извержений поверхность спутника Ио покрыла многометровая толща лавы. Именно этим можно объяснить, что на Ио полностью отсутствуют кратеры от ударов метеоритов - слои вулканических материалов погребают их быстрее, чем происходит образование новых.
На поверхности Ио нередко встречаются вулканические депрессии, именуемые патерами. Для них характерно плоское дно и крутые стены. Они очень напоминают земные кальдеры, правда, до сих пор неизвестно, образуются ли они путём коллапса "лавовой комнаты" и обрушения вершины вулкана, как их земные аналоги.
Активные потоки лавы в патерах Твашта изображения получены "Галилео" в ноябре 1999 и феврале 2000 года.
Патеры часто служат источниками вулканических извержений или далеко растекающихся лавовых потоков, как в случае извержения в патере Гиш - Бара в 2001 году, или сами заполняются лавой и становятся лавовыми озёрами. Лавовые озёра на Ио покрыты лавовой коркой, которая рушится и обновляется непрерывно ( как в случае Пеле ) или эпизодически ( как в случае Локи ). Потоки лавы - характерные для Ио детали пейзажа. Магма вырывается на поверхность через провалы в дне патер или через трещины на равнинах, создавая широкие многочисленные лавовые потоки, напоминающие те, что можно увидеть около вулкана Килауэа на Гавайах.
Вулкан Куланн Патера ( Culann Patera ), на поверхности Ио.
На изображениях, полученных КА "Галилео", видно, что многие лавовые потоки, текущие из таких вулканов как Прометей или Амирани, повторяют пути прежних потоков, наращивая слой отложений. На Ио наблюдались и более длинные лавовые потоки. К примеру, передний край потоков с Прометея продвинулся с 75 до 95 км между пролётом КА "Вояджер" в 1979 и первым наблюдением "Галилео" в 1996 году. Одно из крупных извержений в 1997 выбросило более 3500 км2 свежей лавы, которая заполнила патеру Пиллана.
Вулкан Амирани на Ио.
Анализ изображений, полученных КА "Вояджер", заставил учёных предположить, что лавовые потоки на Ио состоят главным образом из расплавленной серы. Однако последующие наземные инфракрасные наблюдения и замеры с КА "Галилео" указывают на то, что на самом деле потоки в основном состоят из базальтовой лавы с включениями основных и ультраосновных горных пород. Эти предположения основаны на замерах температур "горячих пятен" Ио ( областей термальной эмиссии ).
Открытие своеобразных "султанов" ( "плюмажей" ) из извергаемой материи над Пеле и Локи послужило первым сигналом того, что Ио геологически активный спутник. Обычно такие султаны появляются когда летучие вещества вроде серы или диоксида серы поднимаются ввысь над вулканами Ио на скорости около 1 км/с, формируя на высоте своеобразный зонтик из пыли и газа. Помимо вышеуказанных веществ, в вулканических султанах встречаются натрий, калий и хлор.
Султаны формируются двумя разными путями. Самые большие султаны появляются когда сера и газообразный диоксид серы извергаются из вулканов или лавовых озёр, зачастую захватывая с собой силикатно - пирокластическую материю. Эти султаны формируют красные и чёрные отложения на поверхности. Кольца отложений, образованные таким способом, самые большие: их диаметр иногда превышает 1000 км.
Такие кольца окружают вулкан Пеле и патеры Тваштара и Дажбога. Другой тип султанов возникает из - за того, что потоки лавы испаряют иней из диоксида серы, и он улетает ввысь уже в виде пара. Обычно высота таких султанов меньше 100 километров, но это наиболее долгоживущие из султанов. Они часто формируют на поверхности яркие круглые отложения из двуокиси серы. Они есть, например, в районе Прометея, Амирани и Масуби.
Горы.
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 ). На Ио насчитывается 100 - 150 гор. Средняя их высота - 6 километров, а максимальная - 17,5±1,5 километров ( у Южной горы Боосавла, South Boösaule Montes ). Горы часто представляют собой большие ( со средней длиной 157 км ) изолированные геологические структуры. Глобальных тектонических структур, как на Земле, не видно. Огромный размер гор говорит о том, что они состоят в основном из силикатных пород, а не из серы.
Гора Тохиля ( Tohil Mons ) высотой 5,4 километра. Фото космического аппарата "Галилео".
Вулканические горы небольшие и достигают в среднем только 1 - 2 километра в высоту и 40 - 60 километров в ширину. Морфология некоторых других структур ( где из центральной патеры исходят тонкие потоки, как в патере Ра ) говорит о том, что это тоже щитовидные вулканы, но с очень пологими склонами. По - видимому, практически все горы на Ио находятся на некоторой стадии разрушения. У их подножий распространены крупные оползни. Видимо, осыпание - основной фактор разрушения гор. Для столовых гор и плато Ио обычны зубчатые края, которые получаются из - за выветривания двуокиси серы, что создаёт слабые места вдоль края гор.
Космические миссии.
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 ).
Ио на фоне Юпитера.
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.
|
