IO (SATELITA): CHARAKTERYSTYKA, SKŁAD, ORBITA, RUCH, STRUKTURA - ARTE - 2025

Io jest częścią czterech satelitów Galileusza (Io, Europa, Ganimedes, Kallisto), nazwanych tak, ponieważ zostały odkryte w 1610 roku przez Galileo Galilei za pomocą prymitywnego teleskopu, który sam zbudował.

Jest trzecim co do wielkości satelitą Galileusza i pozostałymi 75 satelitami Jowisza. Pod względem promienia orbity jest piątym satelitą i pierwszym z Galilejczyków. Jego nazwa pochodzi z mitologii greckiej, w której Io była jedną z wielu dziewic, w których zakochał się bóg Zeus, zwany w mitologii rzymskiej Jowiszem.

Rysunek 1. Io jest częścią czterech satelitów odkrytych przez Galileo Galilei w 1610 roku, a spośród czterech jest najbliżej planety. (wikimedia commons).

Io jest jedną trzecią średnicy Ziemi i mniej więcej wielkości naszego satelity Księżyca. W porównaniu z innymi satelitami w Układzie Słonecznym, Io zajmuje piąte miejsce pod względem wielkości, poprzedzone Księżycem.

Na powierzchni Io znajdują się pasma górskie, które wyróżniają się na rozległych równinach. Nie zaobserwowano kraterów uderzeniowych, co wskazuje, że zostały one wymazane przez ich wielką aktywność geologiczną i wulkaniczną, uważaną za największą ze wszystkich w Układzie Słonecznym. Jego wulkany wytwarzają chmury związków siarki, które wznoszą się 500 km nad powierzchnię.

Na jego powierzchni znajdują się setki gór, niektóre wyższe niż Mount Everest, które powstały w wyniku intensywnego wulkanizmu satelity.

Odkrycie Io w 1610 r. I innych satelitów Galileusza zmieniło perspektywę naszej pozycji we wszechświecie, ponieważ w tamtym czasie uważano, że jesteśmy centrum wszystkiego.

Odkrycie „innych światów”, jak Galileusz nazwał satelity krążące wokół Jowisza, zaproponowany przez Kopernika pomysł, że nasza planeta kręci się wokół Słońca, stał się bardziej wykonalny i namacalny.

Dzięki Io pierwszego pomiaru prędkości światła dokonał duński astronom Ole Christensen Rømer w 1676 roku. Zdał on sobie sprawę, że czas trwania zaćmienia Io przez Jowisza był o 22 minuty krótszy, gdy Ziemia była bliżej Jowisza niż kiedy był w najdalszym punkcie.

Tyle czasu zajęło światłu przebycie średnicy orbity Ziemi, stąd Rømer oszacował prędkość światła na 225 000 km / s, czyli o 25% mniej niż obecnie przyjęta wartość.

Ogólna charakterystyka Io

Zanim misja Voyager zbliżyła się do systemu Jowisza, znalazła osiem wybuchających wulkanów na Io, a misja Galileo, nie mogąc zbliżyć się zbyt blisko satelity, przyniosła obrazy wulkanów o doskonałej rozdzielczości. Nie mniej niż 100 erupcyjnych wulkanów wykryło tę sondę.

Rysunek 2. Powierzchnia Io przedstawiająca rozległe równiny i obfite wulkany, w prawdziwych kolorach sfotografowanych przez sondę Galileo. Źródło: NASA.

Główne cechy fizyczne Io to:

-Jego średnica wynosi 3643,2 km.

-Masa: 8,94 x 10 ²² kg.

-Średnia gęstość 3,55 g / cm ³ .

-Temperatura powierzchni: (ºC): -143 do -168

-Przyspieszenie ziemskie na jego powierzchni wynosi 1,81 m / s ² lub 0,185g.

-Okres rotacji: 1d 18h ​​27,6m

-Okres tłumaczenia: 1d 18h ​​27,6m

-Atmosfera złożona w 100% z dwutlenku siarki (SO2).

Podsumowanie głównych cech Io

Kompozycja

Najbardziej charakterystyczną cechą Io jest jego żółty kolor, który jest wynikiem osadzania się siarki na zasadniczo wulkanicznej powierzchni. Z tego powodu, chociaż uderzenia meteorytów, które przyciąga gigantyczny Jowisz, są częste, są one szybko usuwane.

Uważa się, że w satelicie występuje obficie bazalty, jak zawsze, zabarwione na żółto przez siarkę.

Płaszcz obfituje w stopione krzemiany (szczegóły struktury wewnętrznej znajdują się poniżej), podczas gdy skorupa składa się z zamrożonej siarki i dwutlenku siarki.

Io jest najgęstszym satelitą w Układzie Słonecznym (3,53 g / cm3) i jest porównywalny z planetami skalistymi. Skała krzemianowa płaszcza otacza rdzeń ze stopionego siarczku żelaza.

Wreszcie atmosfera Io składa się prawie w 100% z dwutlenku siarki.

Atmosfera

Analizy spektralne ujawniają rzadką atmosferę dwutlenku siarki. Mimo że setki aktywnych wulkanów wyrzucają tonę gazów na sekundę, satelita nie może ich zatrzymać z powodu niskiej grawitacji, a prędkość ucieczki satelity również nie jest zbyt duża.

Dodatkowo zjonizowane atomy, które opuszczają okolice Io, są uwięzione przez pole magnetyczne Jowisza, tworząc na jego orbicie rodzaj pączka. To właśnie te jony siarki nadają maleńkiemu i pobliskiemu satelicie Amalthei, którego orbita jest poniżej orbity Io, czerwonawy kolor.

Ciśnienie cienkiej i rzadkiej atmosfery jest bardzo niskie, a jej temperatura wynosi poniżej -140ºC.

Powierzchnia Io jest wroga dla ludzi ze względu na niskie temperatury, toksyczną atmosferę i ogromne promieniowanie, ponieważ satelita znajduje się w pasach promieniowania Jowisza.

Atmosfera Io zanika i zapala się

Ze względu na orbitalny ruch Io jest czas, w którym satelita przestaje odbierać światło Słońca, ponieważ Jowisz je zaćmiewa. Okres ten trwa 2 godziny i zgodnie z oczekiwaniami temperatura spada.

Rzeczywiście, gdy Io jest zwrócone w stronę Słońca, jego temperatura wynosi -143 ºC, ale kiedy jest zaćmione przez gigantycznego Jowisza, jego temperatura może spaść do -168 ºC.

Podczas zaćmienia cienka atmosfera satelity skrapla się na powierzchni, tworząc lód dwutlenku siarki i całkowicie znika.

Następnie, gdy zaćmienie ustaje, a temperatura zaczyna rosnąć, skondensowany dwutlenek siarki wyparowuje i powraca cienka atmosfera Io. Do takiego wniosku doszedł w 2016 roku zespół NASA.

Tak więc atmosfera Io nie jest tworzona przez gazy z wulkanów, ale przez sublimację lodu na jego powierzchni.

Ruch tłumaczeniowy

Io dokonuje całkowitej rewolucji wokół Jowisza w 1,7 dnia ziemskiego, a każdy obrót satelity jest zasłonięty przez planetę macierzystą na okres 2 godzin.

Ze względu na ogromną siłę pływową orbita Io powinna być kołowa, jednak tak nie jest ze względu na interakcję z innymi księżycami Galileusza, z którymi są w rezonansie orbitalnym.

Kiedy Io kończy 4 lata, Europa kończy 2 lata, a Ganimedes 1. Ciekawe zjawisko można zobaczyć na poniższej animacji:

Rysunek 3. Rezonans orbitalny Io i jego siostrzanych satelitów: Ganimedesa i Europy. Źródło: Wikimedia Commons.

Ta interakcja powoduje, że orbita satelity ma pewną mimośrodowość, obliczoną na 0,0041.

Najmniejszy promień orbity (periaster lub peryhelium) Io wynosi 420 000 km, podczas gdy największy promień orbity (apoaster lub aphelium) wynosi 423 400 km, co daje średni promień orbity 421600 km.

Płaszczyzna orbity jest nachylona w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi o 0,040 °.

Io jest uważany za najbliższego satelitę Jowiszowi, ale w rzeczywistości pod jego orbitą znajdują się jeszcze cztery satelity, choć bardzo małe.

W rzeczywistości Io jest 23 razy większe niż największy z tych małych satelitów, które prawdopodobnie są meteorytami uwięzionymi w grawitacji Jowisza.

Nazwy maleńkich księżyców w kolejności odległości od ich planety macierzystej to: Metis, Adrastea, Amalthea i Thebe.

Po orbicie Io następny satelita to satelita Galileusza: Europa.

Pomimo bliskości Io Europa ma zupełnie inny skład i strukturę. Uważa się, że dzieje się tak, ponieważ niewielka różnica w promieniu orbity (249 tys. Km) sprawia, że ​​siła pływowa na Europie jest znacznie mniejsza.

Orbita Io i magnetosfera Jowisza

Wulkany na Io wyrzucają zjonizowane atomy siarki w przestrzeń, które są uwięzione przez pole magnetyczne Jowisza, tworząc pączek z przewodnikiem plazmowym, który pasuje do orbity satelity.

To własne pole magnetyczne Jowisza przenosi zjonizowany materiał z cienkiej atmosfery Io.

Zjawisko to wytwarza prąd o natężeniu 3 milionów amperów, który zintensyfikuje i tak już silne pole magnetyczne Jowisza do ponad dwukrotnie większej wartości, niż miałoby, gdyby nie było Io.

Ruch obrotowy

Okres obrotu wokół własnej osi pokrywa się z okresem orbitalnym satelity, co jest spowodowane siłą pływową, jaką Jowisz wywiera na Io, a jej wartość wynosi 1 dzień, 18 godzin i 27,6 sekundy.

Nachylenie osi obrotu jest pomijalne.

Struktura wewnętrzna

Ponieważ jego średnia gęstość wynosi 3,5 g / cm ^3, wyciągnięto wniosek, że wewnętrzna struktura satelity jest kamienista. Analiza widmowa Io nie ujawnia obecności wody, więc istnienie lodu jest mało prawdopodobne.

Zgodnie z obliczeniami opartymi na zebranych danych uważa się, że satelita ma mały rdzeń z żelaza lub żelaza zmieszanego z siarką.

Po nim następuje głęboki i częściowo stopiony płaszcz skalny oraz cienka, skalista skorupa.

Nawierzchnia ma kolory źle wykonanej pizzy: czerwony, bladożółty, brązowy i pomarańczowy.

Pierwotnie uważano, że skorupa to siarka, ale pomiary w podczerwieni ujawniły, że wulkany wybuchają lawą w temperaturze 1500ºC, co wskazuje, że nie tylko składa się z siarki (która wrze w temperaturze 550ºC), ale także stopionej skały.

Innym dowodem na obecność skał jest istnienie niektórych gór, których wysokość jest identyczna z Mount Everest. Sama siarka nie byłaby w stanie wyjaśnić tych formacji.

Strukturę wewnętrzną Io według modeli teoretycznych podsumowano na poniższej ilustracji:

Rysunek 4. Struktura Io. Źródło: Wikimedia Commons.

Geologia Io

Aktywność geologiczna planety lub satelity jest napędzana ciepłem jego wnętrza. Najlepszym przykładem jest Io, najbardziej wewnętrzny z największych satelitów Jowisza.

Ogromna masa planety macierzystej jest wielkim atraktorem meteorytów, tak jak ten zapamiętany przez Shoemaker-Levy 9 w 1994 roku, jednak Io nie wykazuje kraterów uderzeniowych, a powodem jest to, że intensywna aktywność wulkaniczna je usuwa.

Io ma ponad 150 aktywnych wulkanów, które wyrzucają wystarczającą ilość popiołu, aby pogrzebać kratery uderzeniowe. Wulkanizm Io jest znacznie bardziej intensywny niż na Ziemi i jest największy w całym Układzie Słonecznym.

To, co wzmacnia erupcje wulkanów Io, to siarka rozpuszczona w magmie, która po uwolnieniu ciśnienia napędza magmę, wyrzucając popiół i gaz na wysokość do 500 m.

Popiół powraca na powierzchnię satelity, tworząc warstwy gruzu wokół wulkanów.

Na powierzchni Io obserwuje się białawe obszary spowodowane zamarzniętym dwutlenkiem siarki. W szczelinach uskoków płynna lawa płynie i wybucha w górę.

Rycina 5. Sekwencja wykonana przez sondę New Horizons, pokazująca erupcję wulkanu na powierzchni Io. Źródło: NASA.

Skąd pochodzi energia Io?

Ponieważ Io jest nieco większy od Księżyca, który jest zimny i martwy geologicznie, można się zastanawiać, skąd pochodzi energia tego małego satelity Jowisza.

Nie może to być pozostałe ciepło formacji, ponieważ Io nie jest wystarczająco duże, aby je zatrzymać. Nie jest też radioaktywnym rozpadem jego wnętrza, ponieważ w rzeczywistości energia rozpraszana przez jego wulkany z łatwością potroi ciepło promieniowania, które emanuje ciało o takich rozmiarach.

Źródłem energii Io jest siła pływowa, ze względu na ogromną grawitację Jowisza i jego bliskość.

Siła ta jest tak duża, że ​​powierzchnia satelity unosi się i opada o 100 m. Tarcie między skałami wytwarza to ogromne ciepło, z pewnością znacznie większe niż ziemskie siły pływowe, które ledwo przesuwają stałą powierzchnię kontynentów o kilka centymetrów.

Ogromne tarcie spowodowane gigantyczną siłą pływową na Io powoduje wytworzenie wystarczającej ilości ciepła, aby stopić głębokie warstwy. Dwutlenek siarki odparowuje, wytwarzając wystarczające ciśnienie, aby magma wyrzucana przez wulkany ostygła i pokryła powierzchnię.

Efekt pływowy maleje wraz z sześcianem odległości do środka przyciągania, więc efekt ten jest mniej istotny w przypadku satelitów dalej od Jowisza, gdzie geologia jest zdominowana przez uderzenia meteorytów.

Bibliografia

1. 20 minut. (2016) Obserwacja zaćmienia w Io ujawnia jego tajemnice. Odzyskany z: 20minutos.es
2. Kutner, M. (2010) Astronomia: perspektywa fizyczna. Cambridge University Press.
3. Nasiona i Backman. (2011) Układ słoneczny. Cengage Learning.
4. Wikipedia. Io (satelita). Odzyskane z: es. wikipedia.com
5. Wikipedia. Satelity Jowisza. Odzyskane z: es. wikipedia.com
6. Wikipedia. Satelita Galileusza. Odzyskane z: wikipedia.com