Penemuan astronomi yang paling penting dalam sejarah eksplorasi ruang angkasa dikaitkan dengan nama Galileo Galilei. Berkat orang Italia yang berbakat dan gigih inilah dunia pada tahun 1610 pertama kali belajar tentang keberadaan empat bulan Jupiter. Awalnya, benda-benda langit ini menerima nama kolektif - satelit Galilea. Kemudian, masing-masing diberi nama: Io, Europa, Ganymede dan Callisto. Masing-masing dari empat satelit terbesar di Jupiter menarik dengan caranya sendiri, tetapi satelit Io yang menonjol di antara satelit-satelit Galilea lainnya. Benda angkasa ini adalah yang paling eksotis dan tidak biasa di antara objek lain dari tata surya.
Apa yang tidak biasa di satelit Io?
Sudah dengan satu pengamatan melalui teleskop, satelit Io menonjol karena penampilannya di antara satelit lain dari tata surya. Alih-alih permukaan abu-abu dan berlumpur biasa, tubuh surgawi memiliki cakram kuning cerah. Selama 400 tahun, manusia tidak dapat menemukan alasan untuk warna yang tidak biasa dari permukaan satelit Jupiter. Hanya pada akhir abad ke-20, berkat penerbangan pesawat antariksa otomatis ke Jupiter raksasa, mungkinkah memperoleh informasi tentang satelit Galilea. Ternyata, Io mungkin adalah objek paling aktif dari tata surya dalam hal geologi. Ini dikonfirmasi oleh sejumlah besar gunung berapi aktif yang ditemukan di satelit Jupiter. Hingga saat ini, mereka mengidentifikasi sekitar 400 dan berada di area tersebut, yang 12 kali lebih kecil dari area planet kita.
Luas permukaan satelit Io adalah 41,9 meter persegi. kilometer Bumi memiliki luas permukaan 510 juta km, dan di permukaannya saat ini ada 522 gunung berapi aktif.
Dalam hal ukurannya, banyak gunung berapi Io melebihi ukuran gunung api terestrial. Menurut intensitas letusan, durasi dan kekuatannya, aktivitas gunung berapi di satelit Jupiter melebihi indikator terestrial yang serupa.
Beberapa gunung berapi dari satelit ini memancarkan sejumlah besar gas beracun ke ketinggian 300-500 km. Pada saat yang sama, permukaan satelit Tata Surya Io yang paling tidak biasa adalah dataran yang luas, di pusatnya terdapat jajaran gunung yang sangat luas, dibagi oleh aliran lahar yang sangat besar. Ketinggian rata-rata formasi gunung di Io adalah 6-6,5 km, tetapi ada juga puncak gunung di sini, lebih dari 10 km. Misalnya, gunung Boosavla Selatan memiliki ketinggian 17-18 km dan merupakan puncak tertinggi tata surya.
Hampir seluruh permukaan satelit adalah hasil dari letusan berabad-abad. Menurut penelitian instrumental yang dilakukan dari Voyager-1, wahana antariksa Voyager-2 dan perangkat lainnya, material permukaan utama dari satelit Io adalah sulfur beku, sulfur dioksida, dan abu vulkanik. Mengapa area multi-warna pada permukaan satelit begitu banyak. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa vulkanisme aktif secara konstan membentuk kontras karakteristik pewarnaan permukaan satelit Io. Suatu objek dapat mengubah warna kuning terang menjadi putih atau hitam untuk waktu yang singkat. Produk dari letusan gunung berapi membentuk komposisi atmosfer satelit yang tipis dan heterogen.
Aktivitas vulkanik seperti itu disebabkan oleh kekhasan struktur benda langit, yang terus-menerus terpapar oleh aksi pasang surut medan gravitasi planet induk dan efek dari satelit besar lainnya di Jupiter, Eropa dan Ganymede. Sebagai akibat dari pengaruh gravitasi kosmik di kedalaman satelit, gesekan muncul antara kerak dan lapisan dalam, menghasilkan pemanasan alami materi.
Bagi para astronom dan ahli geologi yang mempelajari struktur benda-benda di tata surya, Io adalah tempat pengujian yang nyata dan aktif, di mana proses karakteristik periode awal pembentukan planet kita terjadi. Para ilmuwan di banyak bidang sains saat ini dengan cermat mempelajari geologi benda langit ini, menjadikan satelit unik Jupiter Io objek yang sangat diperhatikan.
Fakta menarik tentang satelit Io
Benda langit yang paling aktif secara geologis di tata surya memiliki diameter 3.630 km. Dimensi Io tidak sebesar itu dibandingkan dengan satelit lain di tata surya. Dalam hal parameternya, satelit mengambil tempat keempat sederhana, meneruskan Ganymede besar, Titan dan Callisto. Diameter Io hanya 166 km. melebihi diameter satelit Bulan - Bumi (3474 km).
Satelit itu paling dekat dengan planet induk. Jarak dari Io ke Jupiter hanya 420 ribu km. Orbit hampir memiliki bentuk yang benar, perbedaan antara perihelion dan apogelium hanya 3400 km. Objek itu bergegas dalam orbit melingkar di sekitar Yupiter dengan kecepatan besar 17 km / s, membuat putaran penuh di sekitarnya dalam 42 jam Bumi. Gerakan di orbit disinkronkan dengan periode rotasi Jupiter, sehingga Io selalu beralih kepadanya oleh belahan bumi yang sama.
Parameter astrofisika utama benda langit adalah sebagai berikut:
- Massa Io adalah 8.93x1022kg, yang merupakan 1,2 kali massa Bulan;
- kepadatan satelit adalah 3,52 g / cm3;
- percepatan akibat gravitasi di permukaan Io adalah 1,79 m / s2.
Mengamati posisi Io di langit malam, mudah untuk menentukan kecepatan gerakannya. Benda langit terus-menerus mengubah posisinya relatif terhadap piringan planet induknya. Terlepas dari medan gravitasi satelit yang cukup mengesankan, Io tidak dapat mempertahankan atmosfer yang terus-menerus padat dan homogen. Amplop gas tipis di sekitar bulan Jupiter praktis hampa udara kosmik, tidak mencegah pelepasan produk letusan ke luar angkasa. Ini menjelaskan tingginya tinggi pilar ejeksi vulkanik yang terjadi pada Io. Dengan tidak adanya atmosfer normal, suhu rendah berlaku di permukaan satelit, turun ke -183 ° C. Namun, suhu ini tidak seragam untuk seluruh permukaan satelit. Dalam gambar inframerah yang diperoleh dari wahana antariksa Galileo, heterogenitas lapisan suhu permukaan Io terlihat.
Suhu rendah berlaku di area utama benda langit. Pada peta suhu, area-area tersebut berwarna biru. Namun, di beberapa tempat di permukaan satelit terdapat bintik-bintik oranye terang dan merah. Ini adalah area aktivitas vulkanik terbesar, di mana letusan terlihat dan terlihat jelas pada gambar biasa. Gunung Api Pele dan Aliran Lava Locke adalah daerah terpanas di permukaan satelit Io. Suhu di daerah ini bervariasi dari 100-130 ° di bawah nol pada skala Celcius. Titik merah kecil pada peta suhu adalah kawah gunung berapi aktif dan lokasi rekahan di kerak bumi. Di sini suhunya mencapai 1.200-1.300 derajat Celcius.
Struktur satelit
Tidak dapat mendarat di permukaan, para ilmuwan sekarang aktif bekerja pada pemodelan struktur bulan Jovian. Mungkin satelit itu terdiri dari batu-batu silikat yang diencerkan dengan besi, yang merupakan ciri khas struktur planet-planet terestrial. Ini dikonfirmasi oleh kepadatan tinggi Io, yang lebih tinggi dari tetangganya - Ganymede, Callisto dan Eropa.
Model modern, berdasarkan pada data yang diperoleh dari wahana antariksa, adalah sebagai berikut:
- di pusat satelit, inti besi (iron sulfide), merupakan 20% dari massa Io;
- mantel, yang terdiri dari mineral-mineral asteroid, berada dalam keadaan semi-cair;
- lapisan bawah permukaan magma cair setebal 50 km;
- Litosfer satelit terdiri dari senyawa sulfur dan basal, mencapai ketebalan 12-40 km.
Menilai data yang diperoleh dalam simulasi, para ilmuwan menyimpulkan bahwa inti Io satelit harus memiliki keadaan semi-cair. Jika senyawa belerang hadir bersama dengan besi, diameternya dapat mencapai 550-1000 km. Jika itu adalah zat yang sepenuhnya logam, ukuran inti dapat bervariasi antara 350-600 km.
Karena kenyataan bahwa tidak ada medan magnet yang terdeteksi selama studi satelit, tidak ada proses konveksi dalam inti satelit. Terhadap latar belakang ini, muncul pertanyaan alami, apa penyebab sebenarnya dari aktivitas vulkanik yang begitu kuat, di mana gunung berapi Io menarik energi mereka?
Ukuran kecil dari satelit tidak memungkinkan kita untuk mengatakan bahwa pemanasan usus benda langit dilakukan karena reaksi peluruhan radioaktif. Sumber utama energi di dalam satelit adalah efek pasang surut dari tetangga kosmiknya. Di bawah pengaruh gravitasi Jupiter dan satelit-satelit tetangga, Io berosilasi, bergerak dalam orbitnya sendiri. Satelit itu tampaknya berayun, mengalami librasi yang kuat (seragam bergoyang) saat sedang bergerak. Proses-proses ini mengarah pada lengkungan permukaan benda langit, menyebabkan pemanasan termodinamika litosfer. Ini dapat dibandingkan dengan lengkungan kawat logam, yang pada lokasi tekukan sangat panas. Dalam kasus Io, semua proses ini terjadi di lapisan permukaan mantel di perbatasan dengan litosfer.
Satelit ditutupi oleh sedimen - hasil dari aktivitas gunung berapi. Ketebalannya bervariasi dalam kisaran 5-25 km di tempat-tempat lokalisasi utama. Dalam warna mereka, ini adalah bintik-bintik gelap, sangat kontras dengan permukaan kuning cerah dari satelit, yang disebabkan oleh curahan magma silikat. Meskipun jumlah besar gunung berapi aktif, total area caldera vulkanik di Io tidak melebihi 2% dari luas permukaan satelit. Kedalaman kawah vulkanik tidak signifikan dan tidak melebihi 50-150 meter. Relief pada sebagian besar benda langit datar. Hanya di beberapa daerah ada jajaran gunung besar, misalnya, kompleks gunung berapi Pele. Selain formasi gunung berapi di Io, gunung massif gunung berapi Pater Ra, rantai gunung dan massif dari berbagai panjang terungkap. Sebagian besar dari mereka memiliki nama yang sesuai dengan toponim bumi.
Gunung berapi Io dan suasananya
Objek yang paling menarik di satelit Io adalah gunung berapi. Ukuran area dengan peningkatan aktivitas vulkanik berkisar dari 75 hingga 300 km. Bahkan Voyager pertama selama penerbangannya mencatat letusan delapan gunung berapi sekaligus di Io. Beberapa bulan kemudian, gambar yang diambil oleh pesawat ruang angkasa Voyager pada tahun 1979 mengkonfirmasi informasi bahwa letusan pada titik-titik ini terus berlanjut. Di tempat Pele gunung berapi terbesar berada, suhu permukaan tertinggi tercatat, +600 derajat Kelvin.
Studi selanjutnya dari informasi dari wahana antariksa memungkinkan astrofisikawan dan ahli geologi untuk membagi semua gunung berapi Io ke dalam tipe berikut:
- gunung berapi paling banyak, yang memiliki suhu 300-400 K. Tingkat emisi gas adalah 500 m / s, dan ketinggian kolom emisi tidak melebihi 100 km;
- Tipe kedua termasuk gunung berapi terpanas dan paling kuat. Di sini Anda dapat berbicara tentang suhu 1000K di kaldera gunung berapi itu sendiri. Tipe ini dicirikan oleh kecepatan ejeksi tinggi 1,5 km / s, ketinggian raksasa sultan gas adalah 300-500 km.
Gunung Api Pele termasuk tipe kedua, memiliki kaldera dengan diameter 1000 km. Deposito akibat letusan raksasa ini menempati area yang sangat luas - satu juta kilometer. Objek vulkanik lain, Pater Ra, terlihat tidak kalah menarik. Dari orbit, bagian permukaan satelit ini menyerupai sefalopoda laut. Aliran lava Serpentine, memanjang dari lokasi letusan, membentang sejauh 200-250 km. Radiometer termal kendaraan ruang angkasa tidak memungkinkan untuk secara akurat menentukan sifat arus ini, seperti halnya dengan objek geologis Loki. Diameternya 250 km dan kemungkinan danau ini dipenuhi belerang cair.
Intensitas tinggi letusan dan skala besar dari bencana alam tidak hanya secara konstan mengubah relief satelit dan lanskap di permukaannya, tetapi juga membentuk amplop gas - semacam atmosfer.
Komponen utama dari atmosfer satelit Yupiter adalah sulfur dioksida. Di alam, ini adalah gas sulfur dioksida tanpa warna, tetapi dengan bau yang kuat. Selain belerang dioksida, belerang monoksida, natrium klorida, atom belerang dan atom oksigen terdeteksi dalam interlayer gas Io.
Sulfur dioksida di Bumi adalah aditif makanan yang umum, yang banyak digunakan dalam industri makanan sebagai pengawet E220.
Atmosfer tipis dari satelit Io tidak merata dalam hal kepadatan dan ketebalannya. Tekanan atmosfer dari satelit juga ditandai oleh ketidakkonsistenan ini. Nilai maksimum tekanan atmosfer Io adalah 3 nbar dan diamati di wilayah khatulistiwa di belahan bumi, menghadap Jupiter. Nilai minimum tekanan atmosfer ditemukan di sisi malam satelit.
Sultan gas panas bukan satu-satunya kartu kunjungan satelit Jupiter. Bahkan dengan kehadiran atmosfer yang sangat tersebar, aurora dapat diamati di daerah khatulistiwa di atas permukaan benda langit. Fenomena atmosfer ini dikaitkan dengan efek radiasi kosmik pada partikel bermuatan yang memasuki atmosfer atas selama letusan gunung berapi Io.
Penelitian satelit Io
Sebuah studi terperinci tentang planet-planet raksasa gas dan sistemnya dimulai pada tahun 1973-74 dengan misi dari pesawat ruang angkasa Pioner-10 dan Pioneer-11. Ekspedisi ini memberikan para ilmuwan dengan gambar pertama dari satelit Io, berdasarkan perhitungan yang lebih akurat dibuat dari ukuran benda langit dan parameter astrofisika. Di belakang Pionir, dua pesawat antariksa Amerika, Voyager 1 dan Voyager 2, berangkat ke Jupiter. Unit kedua berhasil sedekat mungkin dengan Io pada jarak 20 ribu km dan membuat gambar yang lebih baik dari jarak dekat. Berkat karya Voyagers, para astronom dan astrofisikawan memperoleh informasi tentang keberadaan aktivitas vulkanik aktif di satelit ini.
Misi wahana antariksa pertama, yang mempelajari angkasa luar di dekat Yupiter, dilanjutkan oleh pesawat ruang angkasa NASA Galileo, diluncurkan pada tahun 1989. Setelah 6 tahun, kapal mencapai Jupiter, menjadi satelit buatannya. Sejalan dengan studi tentang planet raksasa, penyelidikan otomatis Galileo mampu mengirimkan data pada permukaan satelit Io ke Bumi. Selama penerbangan orbital dari wahana antariksa, laboratorium terestrial menerima informasi berharga tentang struktur satelit dan data tentang struktur internalnya.
Setelah istirahat sebentar pada tahun 2000, NASA dan ESA Cassini-Huygens menyelidiki ruang dicegat tongkat dalam studi tentang satelit paling unik dari Tata Surya. Studi dan pemeriksaan aparat Io dilakukan selama perjalanan panjangnya ke Titan - satelit Saturnus. Data satelit terbaru diperoleh dengan menggunakan wahana antariksa modern New Horizons, yang terbang di dekat Io pada Februari 2007 dalam perjalanan ke sabuk Kuiper. Kumpulan gambar baru disajikan kepada para ilmuwan observatorium darat dan Teleskop Luar Angkasa Hubble.
Saat ini, pesawat ruang angkasa NASA Juno beroperasi di orbit Jupiter. Selain studi tentang Jupiter, spektrometer inframerahnya terus mempelajari aktivitas vulkanik dari satelit Io. Data yang dikirim ke Bumi memungkinkan para ilmuwan untuk memantau gunung berapi aktif di permukaan benda langit yang menarik ini.
