Ио Спутник Юпитера, Масса и Размеры, Расстояние и Траектория Движения, Что Делает Его Уникальным и Почему он Разноцветный, Атмосфера и Вулканы

Обнаружение и имя спутника Ио

В начале 1610 года Галилей открыл 4 спутника Юпитера, но первоначально он видел Ио и Европу как точку. То, что это 2 разных небесных тела, стало ясно на вторые сутки после открытия. Другой европейский астроном, Симон Мариус (Мариус), заверил, что он первым увидел галилеевы спутники в последние дни 1609 года.

Сегодня узнать правду невозможно, но обозначения, предложенные Марием, приняты как официальные названия спутников Юпитера, а раньше они просто несли числа в виде римских цифр. Ио — жрица в храме Геры, возлюбленной Зевса.

Интенсивный магнетизм

Присутствие диоксида серы делает Ио чрезвычайно ионизированным объектом. Двигаясь по орбитальной траектории вокруг планеты, спутник проходит сквозь мощные магнитные поля, превращаясь в своего рода электрический генератор. Но удивительно, что из-за магнитных сил Юпитера Ио теряет около тонны поверхностного материала каждую секунду!

Отделившийся материал быстро ионизируется, образуя облако интенсивного излучения вокруг Ио, плазменный тор. Это одно из немногих мест в системе, где наблюдается данное явление. К сожалению, при таком количестве радиации у жизни мало шансов сформироваться, но эта возможность еще не исключена.

Размер, масса и орбита

Имея радиус 1821,6 км и массу 8,93 x 1022 кг, он достигает размеров всего 0,266 размера Земли и в 0,015 раза больше ее массы. Среднее расстояние от планеты составляет 421 700 км, но из-за эксцентриситета 0,0041 она может приблизиться к 420 000 км и отойти на 432 400 км.

Сравнительные размеры некоторых спутников и планет Солнечной системы

Это самый внутренний спутник группы Галилео, и его орбитальный маршрут пролегает между Фивами и Европой. Он остается в приливном блоке и всегда смотрит на Юпитер со стороны. Вулканическая активность на Ио — уникальное явление, которое еще предстоит изучить.

Основные параметры спутника Ио

Информация об открытии Дата открытия 8 января 1610 г. Первооткрыватели Галилео Галилея Орбитальные характеристики Апоцентр 420 000 км Эксцентриситет 0,0041 Период обращения 1,769 137 дней Наклонение 2,21 ° (в сторону эклиптики)
0,05 ° (на экваторе Юпитера) Спутник Юпитера Физические характеристики Размеры 43 660,0 × 3 637,4 × 3 630,6 км Радиус 1821,3 км Масса 8,9319 1022 кг Плотность 3,528 г / см3 Альбедо 0,63 ± 0,02

На прохождении орбитальной траектории он проводит 42,5 часа при резонансе 2: 1 с Европой и 4: 1 с Ганимедом. Эти показатели повлияли на эксцентриситет, который стал исходным источником потепления и геологической активности.

Интересные факты о спутнике Ио

Самое геологически активное небесное тело Солнечной системы имеет диаметр 3630 км. Ио не такой большой по сравнению с другими лунами Солнечной системы. По параметрам спутник занимает скромное четвертое место, превосходя огромные Ганимед, Титан и Каллисто. Диаметр Ио всего на 166 км превышает диаметр Луны — спутника Земли (3474 км).

Спутник находится ближе всего к родительской планете. Расстояние от Ио до Юпитера всего 420 000 км. Орбита имеет почти правильную форму, разница между перигелием и апогелем составляет всего 3400 км. Объект движется по круговой орбите вокруг Юпитера с огромной скоростью 17 км / с, совершая полный оборот вокруг него за 42 земных часа. Орбитальное движение происходит синхронно с периодом вращения Юпитера, поэтому Ио всегда смотрит на него из одного полушария.

Основные астрофизические параметры небесного тела следующие:

• масса Ио составляет 8,93х1022 кг, что в 1,2 раза больше массы Луны;
• плотность спутника 3,52 г / см3;
• ускорение свободного падения на поверхности Ио составляет 1,79 м / с2.

Глядя на положение Ио в ночном небе, легко определить, насколько быстро она движется. Небесное тело постоянно меняет свое положение относительно планетарного диска материнской планеты. Несмотря на довольно впечатляющее гравитационное поле спутника, Ио не может содержать стабильно плотную и однородную атмосферу. Тонкая газовая оболочка вокруг луны Юпитера — это практически космический вакуум, она не препятствует выбросу продуктов извержения в космос. Этим объясняется огромная высота столпов вулканических выбросов, происходящих на Ио. При отсутствии нормальной атмосферы на поверхности спутника преобладают низкие температуры, до -183 ° C. Однако эта температура неоднородна по всей поверхности спутника. Инфракрасные изображения, сделанные космическим зондом «Галилео», показали неоднородности температурного слоя на поверхности Ио.

Ио в системе Юпитера

Над основной областью звезды преобладают низкие температуры. Эти области окрашены в синий цвет на температурной карте. Однако в ряде пятен на поверхности спутника есть ярко-оранжевые и красные пятна. Это районы с наибольшей вулканической активностью, где извержения видны и хорошо видны на обычных изображениях. Вулкан Пеле и поток лавы Локе — самые горячие регионы на поверхности Ио. Температуры в этих областях колеблются от 100 до 130 градусов ниже нуля по шкале Цельсия. Маленькие красные точки на температурной карте — это активные вулканические кратеры и разломы земной коры. Здесь температура достигает 1200-1300 градусов тепла.

Снимок температуры поверхности Ио

Основные параметры спутника Ио

Это единственный спутник в мире Юпитера. У него самая плотная поверхность, много вулканов, но вместе с тем есть и замерзшие участки.

Размер, масса

Радиус звезды составляет около 1800 км, что в четверть от размера Земли. Ио весит 90 кВт (один квинтиллион — 10 при 18 градусе) — всего 1,5% массы Земли. Форма объекта сферическая, с небольшим уплощением на полюсах: разница между полярным и экваториальным диаметром составляет 25 км.

Секреты вулканизма Ио

Главный секрет вулканической активности луны Юпитера заключается в ее природе, которая вызвана действием приливных сил. Выше уже упоминалось, что гигантский газовый гигант Юпитер и два других спутника, гигант Европа и Ганимед, одновременно действуют на красивую желто-зеленую пленницу. Из-за близости к материнской планете поверхность Ио искажена приливным горбом, высота которого достигает нескольких километров. На небольшую эксцентричность Ио повлияли соседи сестер Ио, Европа и Ганимед. Все вместе они приводят к тому, что приливный горб блуждает по поверхности спутника, вызывая деформацию коры. Деформация коры, толщина которой не превышает 20-30 км, носит пульсирующий характер и сопровождается колоссальным выделением внутренней энергии.

Вулканический механизм Ио

Под воздействием таких процессов недра спутника Юпитера нагреваются до высоких температур, превращаясь в расплавленное вещество. Высокие температуры и огромное давление приводят к извержению расплавленной мантии на поверхность.

Ученым теперь удалось вычислить интенсивность и силу теплового потока, который возникает на Ио под действием приливных сил. В самых жарких областях спутника выработка тепловой энергии составляет 108 МВт, что в десятки раз больше, чем вырабатывают все энергетические объекты на нашей планете.

Основными продуктами извержений являются диоксид серы и пары серы. На следующих цифрах указана мощность излучения:

• скорость газового выброса — 1000 км / сек;
• газовые султаны могут достигать высот 200-300 км.

Каждую секунду из недр спутника извергается до 100 000 тонн вулканического материала, чего достаточно, чтобы покрыть поверхность спутника слоем вулканической породы длиной десять метров за миллионы лет. Лава разливается по поверхности, а осадочные породы завершают формирование прекрасного рельефа. В связи с этим на Ио представлены только кратеры вулканического происхождения. Переливающийся рельеф подчеркнут светлыми и темными пятнами, которые с завидной плотностью покрывают поверхность спутника. По мнению ученых, темные пятна, скорее всего, являются вулканическими кальдерами, руслами лавовых рек и следами разломов.

Поверхность Ио

Измененная форма

Ио находится в затруднительном положении, поскольку Юпитер давит вниз под действием силы тяжести. Планета постоянно растягивается и сжимает спутник, как тесто, заставляя его менять форму (магма внутри действует как желе). Из-за приливов и отливов поверхность Луны поднимается и опускается на сотни футов каждый день.

Аналогичная ситуация наблюдается со спутниками Европы и Энцелада. Однако на их поверхности видны большие ледяные трещины и извержения гейзеров.

Атмосфера спутника Ио

Атмосфера Ио заполнена диоксидом серы из океана лавовой магмы под лунной корой.

Спутник имеет слабую атмосферу, состоящую из:

• из чистой серы;
• из диоксида серы;
• из простого оксида серы;
• из кислорода;
• из хлорида натрия.

Источником диоксида серы является непосредственно вулканическая активность, а также шлейфы, излучаемые действующими вулканами. Каждую секунду здесь выделяется не менее 100 кг этого вещества, но основной его объем остается на поверхности. Остальные элементы попадают в атмосферу из-за дегазации вулканов.

Каждый год по местному времени Ио попадает в полную тень Юпитера на 2 часа. Сюда не проникает солнечный свет, воздух не нагревается, а на поверхность спутника падает серный снег. Даже газ, извергающийся из вулканов, мгновенно замерзает. В это время происходит уникальное явление: атмосферный слой успевает значительно разрушиться, а с наступлением утра оживает: снег тает и выделяет в атмосферу соединения серы.

Давление в воздухе низкое, ночью оно может упасть в сотни раз по сравнению с освещенным полушарием. Средняя температура на спутнике -163… -183 °, но у вулканов жарко: зафиксирован абсолютный максимум + 1527.

Орбита спутника Юпитера Ио представляет собой эллипс.

В чем главная особенность Ио?

Человечество привыкло к мысли, что Земля — ​​единственное космическое тело в Солнечной системе, которое можно назвать живым организмом, имеющим бурную геологическую биографию. Действительно, оказалось, что кроме нас в Солнечной системе есть Ио, спутник Юпитера, который можно назвать самым вулканически активным объектом в ближнем космосе. Поверхность луны Ио постоянно подвергается активным геологическим процессам, меняющим ее внешний вид. По интенсивности извержений вулканов, по силе и мощности выбросов он ядовит, желто-зеленое эго опережает Землю. Это своего рода постоянно кипящий и пузырящийся котел, расположенный рядом с самой большой планетой Солнечной системы.

Мультисессионный Io

Для такого небольшого небесного тела такая геологическая активность — необычное явление. По большей части естественные спутники Солнечной системы представляют собой стабильные планетарные образования, период геологической активности которых закончился много миллионов лет назад или находится в завершающей фазе. В отличие от других галилеевых спутников Юпитера, сама природа определила судьбу Ио, поместив ее в непосредственной близости от родительской планеты. Ио размером с нашу Луну. Диаметр спутника Юпитера составляет 3660 км, что на 184 км больше диаметра Луны.

Спутник Ио и луны

Активный вулканизм на спутнике Ио — это постоянно продолжающийся геологический процесс, не связанный ни с возрастом небесного тела, ни с особенностями его внутреннего строения. Геологическая активность на спутнике вызвана наличием собственного тепла, которое возникает в результате действия кинетической энергии.

Открытие Ио, спутника Юпитера

Когда Галилео Галилей нацелил свой самодельный телескоп на Юпитер 7 января 1610 года, он обнаружил только три луны. Мы с Европой слились в один объект, и Галилей не мог их видеть. Однако на следующий день он ясно увидел, что спутников все еще осталось, поэтому датой открытия Ио было 8 января 1610 года.

Кстати, Галилей назвал эту луну Юпитер I, и лишь вскоре после этого Симон Мариус дал ей нынешнее имя, поддерживая предложение Иоганна Кеплера назвать все луны Юпитера в честь возлюбленных бога Зевса (Юпитера). Правда, тогда эти названия не прижились, и только в середине ХХ века спутник Ио стал снова так называться — до этого это был Юпитер I.

Характеристики

В настоящее время на поверхности спутника можно обнаружить следующие явления:

• вулканы;
• горы;
• плато;
• альбедо.

Общее количество таких объектов достигает 225 единиц. Радиус 1821,6 км, индекс массы 8,93 * 10 ^ 22 кг. Эти маленькие индикаторы позволяют ему находиться на последних строчках Солнечной системы по размеру. Расстояние от главной планеты составляет 421 700 км, но из-за величины эксцентриситета может достигать 422 000 км и более.

Из всех объектов, исследованных Галилеем, этот спутник является самым внутренним. Он постоянно обращен к Юпитеру одной стороной. В остальном особенности мини-планеты следующие:

• дата открытия — 8 января 1610 г;
• стоимость апоцентра — 420 000 км;
• срок обращения объекта — 1769 (139 дней);
• наклон на экваторе и эклиптике соответственно — 0,05 и 0,21 градуса;
• уровень плотности — 3528 г / см3;
• средний параметр Альбедо — 0,63.

Ио — спутник Юпитера, которому требуется 42,5 часа для преодоления орбитального пути при резонансе 2: 1 по отношению к Европе и 4: 1 по отношению к Ганимеду.

Модель возможного внутреннего строения Ио с ядром, состоящим из железа или сульфида железа (выделено серым), силикатной корки (выделено коричневым цветом) и силикатной мантии, частично сплавленных вместе (выделено оранжевым)

Контакт с магнитосферой

Ио — спутник Юпитера, влияющий на формирование магнитосферы. Сам Юпитер добывает сырье с Луны со скоростью 1 тонна в секунду. Большая часть вещества попадает на орбиту, образуя нейтральное облако, в котором есть кислород, сера, калий, натрий.

Состав и поверхность Ио

Плотность этого небесного тела превышает 3,5 г / куб см, это самый массивный и плотный из спутников Юпитера. Твердое тело состоит из силикатных пород (мантия и кора) и железа в чистом виде и в форме сульфидов (ядро). Это делает Ио похожим на планеты земной группы.

Если в ядре спутника преобладает чистое железо, оно может иметь радиус 350-650 км и составлять 20% от всей массы небесного тела. Если он также содержит большие объемы серы, радиус центральной области может составлять 550-900 км. Выше мантия, 75% которой составляют магний и железо. В верхней коре преобладают сера и базальт. Высота литосферы 12-40 км.

Это одно из самых засушливых мест в космосе. Любая влага, которая могла здесь существовать, давно испарилась, когда вулканы начали функционировать, из-за сильного излучения центральной планеты. Тем не менее, кое-где на поверхности небесного тела видны ледяные шапки. Исследователи не исключают полностью возможность более простой жизни на Ио: организмы могут жить глубоко внутри коры.

Красные маркеры — это горячие точки и вулканы, синие маркеры — холмы и горы на Ио.

Карта поверхности

На поверхности Ио практически нет кратеров. Основные морфологии — вулканы, равнины, колодцы, застывшие потоки лавы. Есть и невулканические горы, средняя их высота 6 км, максимальная 17,5 км.

Эти образования изолированы от других форм ландшафта, они образовались в результате сжатия верхней коры, вызванного, в свою очередь, глубокими смещениями. Форма гор может быть разной, чаще всего это плато и пологие глыбы. Также есть варианты щитов, они всегда низкие — 1-2 км.

Оттенок коры яркий, альбедо достигает 0,65. Оксиды серы в коре создают светлые участки (серые, белые), чистая сера — желтые, иногда с примесью зеленого. На полюсах есть красные участки: они образовались из-за воздействия серной радиации.

Структура спутника

Не имея возможности приземлиться на поверхность, ученые сегодня активно работают над моделированием структуры луны Юпитера. Предположительно спутник состоит из силикатных пород, разбавленных железом, характерных для строения планет земной группы. Это подтверждается высокой плотностью Ио, которая выше, чем у его соседей: Ганимеда, Каллисто и Европы.

Структура Ио

Текущая модель, основанная на данных, полученных с космических зондов, следующая:

• в центре спутника находится железное ядро ​​(сульфид железа), составляющее 20% массы Ио;
• мантия, состоящая из астероидных минералов, находится в полужидком состоянии;
• слой жидкой магмы недр мощностью 50 км;
• литосфера спутника состоит из соединений серы и базальта, достигая толщины 12-40 км.

Оценивая данные, полученные в результате моделирования, ученые пришли к выводу, что ядро ​​спутника Ио должно иметь полужидкое состояние. Если вместе с железом присутствуют соединения серы, его диаметр может достигать 550-1000 км. Если это полностью металлизированное вещество, размер ядра может колебаться в пределах 350-600 км.

Влияние Юпитера и его спутников на Ио

В связи с тем, что при спутниковых исследованиях магнитное поле не было обнаружено, в ядре спутника отсутствуют процессы конвекции. В этом контексте естественно возникает вопрос, каковы настоящие причины такой интенсивной вулканической активности, откуда вулканы Ио черпают свою энергию?

Небольшие размеры спутника не позволяют утверждать, что нагрев внутренней части звезды происходит за счет реакции радиоактивного распада. Основным источником энергии внутри спутника является приливный эффект его космических соседей. Под действием силы тяжести Юпитера и ближайших спутников Ио колеблется, перемещаясь по собственной орбите. Кажется, что спутник раскачивается, испытывая сильную либрацию (равномерное колебание) при движении. Эти процессы приводят к искривлению поверхности небесного тела, вызывая термодинамический нагрев литосферы. Это можно сравнить со сгибанием металлической проволоки, которая при сгибании сильно нагревается. В случае Ио все эти процессы происходят в поверхностном слое мантии, граничащей с литосферой.

Отложения на поверхности Ио

Сверху спутник покрыт осадком — результатом вулканической деятельности. Их мощность колеблется в пределах 5-25 км в местах их основного локализации. По цвету это темные пятна, резко контрастирующие с ярко-желтой поверхностью спутника, вызванной излиянием силикатной магмы. Несмотря на большое количество действующих вулканов, общая площадь вулканических кальдер на Ио не превышает 2% поверхности спутника. Глубина вулканических кратеров незначительна и не превышает 50-150 метров. Рельеф на большей части небесного тела плоский. Лишь в некоторых местах есть массивные горные хребты, например комплекс вулканов Пеле. Помимо этого вулканического образования на Ио выделен горный массив вулкана Патер Ра, горные хребты и массивы различной длины. Большинство из них имеют названия, созвучные наземным топонимам.

Активные вулканические образования

Ио — спутник Юпитера, лидер по количеству вулканов, большинство из которых являются действующими. Потоки лавы создают выбросы на высоте 500 км, а также формируют особую геологию участка. Регулярные извержения являются предпосылкой для образования ручьев, которые простираются на сотни километров. Они содержат железо, магний и силикаты. В свою очередь сера, ее диоксид и зола выбрасываются в космос. Еще одно следствие вулканической активности — наличие на планете депрессий размером 41 км и более.

Причины вулканической активности

На глубине 50 км под корой находится океан расплавленной магмы с температурой 1200 ° C и мощностью 40-60 км.

Источники тепла отмечены Ио.

Источниками тепла для него являются:

• процессы, происходящие из орбитального резонанса с близлежащими спутниками;
• расстояние Ио от планеты;
• эксцентриситет (наклон оси) спутника 0,0041;
• физическое состояние и состав недр.

Лава выбрасывается на высоту до 400 км. Сера была обнаружена на спутниковой орбите, ее следы также достигают соседней Европы.

Для такого маленького космического тела быть таким геологически активным — необычное явление. По сути, естественные луны — это стабильные объекты солнечной системы планетарного типа, и период их тектонической активности закончился миллионы лет назад или сейчас находится в завершающей фазе.

Извержения вулканов здесь настолько мощные, что их можно увидеть в телескоп с Земли. Во время некоторых из них выделяется до 20 триллионов ватт энергии, что в тысячи раз мощнее, чем вулканическая активность на нашей планете.

Активные вулканы на спутнике Ио

Все местные вулканические объекты носят имена мифических героев и богов, связанных с огнем, солнцем, кузнецами и громом. Для небольших объектов используется термин «купол». Самый большой вулкан — Амирани, открытый в 1979 году в проливе Босфор.

Изучение вулканической активности на спутнике Юпитера Ио

Наиболее интересными объектами для исследования лунных газовых гигантов являются вулканы. Сюда впервые были отправлены космические аппараты «Пионер 10» и «Пионер 11». С их помощью ученым удалось определить размеры и получить первые изображения одиночного светила. Извержения были идентифицированы космическим аппаратом «Вояджер-1» в 1979 году. После нескольких месяцев наблюдений активность вулканов продолжилась. Это открытие послужило поводом для продолжения изучения поверхности первого спутника.

С помощью космических аппаратов астрономы определили, что существует два типа вулканов:

1. При температуре выше трехсот градусов. В этом случае скорость выброса газа составляет 500 м / с, а высота столба не превышает ста километров.
2. Мощные предметы с температурой до 1000 °. Газ выбрасывается со скоростью 1,5 км / с, а высота столба достигает 500 км.

После двух космических кораблей «Вояджер» космический корабль НАСА «Галилео» был отправлен на орбиту вокруг газового гиганта. Он был запущен в 1989 году и достиг своей цели шесть лет спустя. Зонд передал на Землю подробные данные о поверхности и строении первой луны.

В 2000 году новый космический аппарат НАСА «Кассини-Гугенс» был отправлен в космос для получения информации о структуре самого уникального спутника Солнечной системы.

Семь лет спустя космический корабль New Horizon, направляясь к поясу Койпера, посетил первую луну Юпитера и передал новые изображения.

В настоящий момент на орбите газового гиганта находится аппарат «Юнона», с помощью которого исследуется уникальная поверхность спутника. Полученные данные помогут ученым в изучении частоты извержений.

Без водяного льда

В течение следующих двух столетий Ио не мог видеть никаких деталей: спутник наблюдался как точка света пятой величины. Телескопы с лучшим разрешением появились только в конце 19 века, и это наконец позволило астрономам увидеть крупномасштабные детали на поверхности Ио. В 1890 году американец Эдвард Эмерсон Барнард стал первым астрономом, заметившим разницу в яркости между экваториальной и полярной областями Ио. Он правильно предположил, что это происходит из-за различий в цвете и альбедо (альбедо — это соотношение между световым потоком, рассеиваемым телом во всех направлениях, и потоком, падающим на тело — прим. Ред.).

Дальнейшие телескопические наблюдения подтвердили разницу между красновато-коричневыми и желто-белыми полярными экваториальными областями. Телескопы становились все более совершенными, и в середине 20 века ученые пришли к выводу, что на Ио наблюдается геологическая активность. Спектрографические наблюдения показали, что Ио, скорее всего, лишена водяного льда, но преобладает над другими галилеевыми спутниками. Те же наблюдения показали, что соли натрия и серы в изобилии присутствуют на поверхности Ио. Однако радиотелескопы показали, что Ио сильно влияет на магнитосферу Юпитера, в пользу чего он взрывается на декаметровых волнах, происходящих с частотой, равной орбитальному периоду этого красноречивого спутника.

Снег из серы

Любоваться сернистым снегом можно каждый день. Два часа в году Луна проводит в гигантской тени планеты. Это блокирует солнечные лучи, и Ио не получает свою долю тепла. Понижение температуры приводит к тому, что диоксид серы попадает на поверхностный слой в виде сернистого снега. Газ, выделяемый вулканами, также замерзает.

Кроме того, во время этих теневых переходов кажется, что лунная атмосфера разрушается. Но с первыми лучами солнца атмосферный слой восстанавливается, потому что выпавший снег превращается в газ (сублимация). Итак, атмосфера Ио находится в бесконечном цикле разрушения и возрождения.