Взрывной характер: почему спутник Юпитера Ио — самое неспокойное тело в Солнечной системе?

Планетологи из Калифорнийского технологического института с коллегами выяснили, что один из спутников Юпитера — Ио — является самым «взрывоопасным» и беспокойным космическим телом в нашей системе с момента своего рождения и с «младенчества» Солнца, то есть уже около 4,57 миллиарда лет. До сих пор узнать раннюю историю Ио не удавалось, так как экстремальная вулканическая активность и потоки лавы «смывают» всю информацию с поверхности спутника. Команда нашла другой способ — проанализировать состав газов в атмосфере. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

В плену у гравитации

Из четырех крупнейших галилеевых спутников Юпитера Ио находится ближе всех к планете и подвергается сильнейшему гравитационному влиянию — не только Юпитера, но и Европы с Ганимедом. Предыдущие исследования показали, что это похоже на постоянное «гравитационное перетягивание каната» — оно-то и вызывает на Ио огромные приливные силы и экстремальный вулканизм.

Под действием сил притяжения орбита Ио вытянулась в эллиптическую, и во время обращения по ней спутник то приближается к Юпитеру, то удаляется от него. Из-за чего действие гравитации меняется на разных участках. На каждом витке, который длится всего 1,8 дня, сам спутник периодически растягивается и сжимается обратно.

Трения в мантии Ио приводят к выбросам тепла, порода плавится, а поверхность под действием приливных сил может подниматься на высоту до 100 метров и опускаться. Это как если бы земля в Нью-Йорке вдруг вздыбилась примерно на высоту Статуи Свободы, приводят сравнение астрофизики.

Беспокойная с рождения

Однако как давно Ио «живет» в таком хаосе под влиянием Юпитера и других спутников, до сих пор было неизвестно. Потоки лавы и вулканические выбросы постоянно обновляют его поверхность, стирая любые следы старше миллиона лет, что по меркам геологии — ничтожный срок. Поэтому, в отличие от менее активных спутников, Ио остается «вечно молодой» и самой загадочной.

Чтобы разгадать эту загадку, команда в новом исследовании использовала комплекс радиотелескопов Atacama Large Millimeter Array, расположенный в чилийской пустыне Атакама. Они изучили содержание стабильных изотопов серы и хлора в атмосфере Ио. И обнаружили, что оба элемента присутствуют в основном в вариантах с тяжелыми изотопами, а 94–96% более легких изотопов спутник просто растерял из-за своего «буйного» вулканизма. Но это могло произойти только за миллиарды лет.

«Изотопный состав запасов летучих химических элементов Ио, включая серу и хлор, отражает историю выделения газов и потери массы Ио и таким образом фиксирует информацию о его эволюции. Наши результаты показывают, что Ио был вулканически активен на протяжении большей части (или всей) своей истории, с потенциально более высокими темпами газообразования и потери массы в более ранние периоды», — делают вывод авторы исследования.

Это подтверждает более ранние гипотезы ученых о том, что Ио была самой вулканически активной с момента своего рождения. Вместе с Европой и Ганимедом она, вероятно, оказалась вовлечена в этот орбитальный резонанс, вызвавший вулканизм, еще в процессе формирования.

Ранее астрофизики описали судьбу планеты в форме яйца — самого необычного из «горячих юпитеров».