Dva pekelné týdny na Jupiterově měsíci Io

V srpnu loňského roku nastaly na Jupiterově měsíci Io tři masivní sopečné erupce. Všechny tři se udály během dvou týdnů. To vedlo astronomy ke spekulacím, že tyto „výbuchy“, které mohou vyvrhnout materiál až stovky kilometrů nad povrch tohoto měsíce, mohou být mnohem častější než se předpokládalo. 

„Očekávali jsme jeden obrovský výbuch každý rok, maximálně dva“, říká Imke de Pater, profesorka z University v Kalifornii ve městě Berkeley, a také vedoucí autorka jednoho ze dvou článků popisující erupce. „Nyní jsme však pozorovali tři velmi jasné sopečné erupce. které naznačují, že budeme-li tento Jupiterův měsíc pozorovat častěji, můžeme jich pozorovat mnohem více". 

Io, který je ze čtyř velkých „Galileových měsíců“ Jupiterunejblíže, má průměr přibližně 3 630 km. Kromě Země je Io jediným známým místem ve Sluneční soustavě, kde sopky vyvrhují horkou lávu, podobně jako na Zemi. Vzhledem k menší únikové rychlosti z povrchu tohoto měsíce, dostane se větší počet úlomků vysoko do prostoru nad povrch měsíce. 

Dlouholetý spolupracovník Imke de Pater a spoluautor publikací o erupcích, vulkanolog Ashley Davies potvrdil, že tyto erupce jsou odpovědné za vyvržení až desítek krychlových kilometrů, lávy která pokrývá až stovky čtverečních kilometrů povrchu.

„Tyto nové události jsou relativně vzácnými typy erupcí, jak z pohledu jejich velikosti, tak i kvůli překvapivě vysoké tepelné emisi" řekl Davies. Množství energie uvolněné během těchto erupcí ukazuje na lávové fontány tryskající z trhlin ve velkých objemech. Tyto lávové fontány pak vytvářejí lávové proudy, které se velmi rychle šíří po povrchu měsíce Io. Pro všechny tři události, včetně největší a nejintenzivnější erupce ze dne 29. 8. 2013, byly charakteristické tzv. „závěsy z ohně", tedy puklinové erupce, kdy láva tryská z puklin o délce až několika kilometrů.

Dva články publikované hlavní autorkou Katherine de Kleer, postgraduální studentkou UC Berkeley, byly přijaty k uveřejnění v časopise Ikarus. Spoluautorem prvního z nich byl astronom z UC Berkeley Máté Ádámkovics, spoluautorem druhého pak opět Máté A. a David R. 

Lávové fontány na Io 

Imke de Pater objevila první dvě mohutné erupce ze dne 15. srpna 2013 pomocí kamery pracující v blízkém infračerveném oboru (NIRC2), ve spojení s adaptivní optikou systému na dalekohledu Keck II, jedním ze dvou 10 metrových dalekohledů provozovaných W. M. Keck Observatory na Havaji. 

Zatím nejjasnější erupce nad kalderou s názvem Rarog Patera, vyprodukovala podle výpočtu asi 8 metrů tlustý lávový příkrov v ploše asi 20 čtverečních kilometrů, zatímco druhá, v blízkosti jiné kaldery s názvem Heno Patera, vyprodukovala příkrov pokrývající plochu 47 čtverečných kilometrů. Obě erupce se odehrály na jižní polokouli měsíce Io, blízko okraje disku. Při dalším snímkování o pět dní později již téměř nebyly pozorovatelné.

Obrázky ukazují erupce v různých vlnových délkách (15. 8. - dalekohled Keck II, 29. 8. - Gemini North, Mauna Kea) 

29. srpna 2013 objevila Imke de Pater třetí a velmi jasnou erupci - jednu z nejjasnějších, která kdy byla na měsíci Io pozorovaná . De Kleerová využila neočekávanou detekci této sopečné exploze, zaznamenaného současně na dalekohledu Gemini a IRTF (Infrared Telescope Facility)  a ukázala, že teplota erupce byla pravděpodobně mnohem vyšší než typické teploty obdobných dnešních erupcí na Zemi. "Vyšší teplota svědčí o složení magmatu, které se zřejmě na Zemi také vyskytovalo, ale pouze v období prvotního formování naší planety," řekla de Kleerová.  

V době pozorování, měl zdroj tepla plochu až 12,5 čtverečních kilometrů. Modelování teploty lávy ukazuje, že měla sotva čas na vychladnutí, což naznačuje, že pro udáolost byly dominantní lávové fontány z puklinových erupcí. 

"Nyní sledujeme několik krychlových kilometrů lávy, které pokryly povrch v podobě lávového příkrovu," řekl Davies, který vyvinul modely předpovídající objem vyvrženého magmatu na základě spektroskopických pozorování. "To nám pomůže pochopit procesy, které utvářejí povrchy všech terestrických planet včetně Země, a také Měsíce." 

Tým sledoval produkované teplo z třetího výbuchu téměř dva týdny po erupci, aby zjistil, jak sopky ovlivňují atmosféru měsíce Io. Logicky pak tyto výbuchy ovlivňují také disk ionizovaného plynu - plazmový torus měsíce Io - který obklopuje Jupiter v blízkosti dráhy měsíce Io. De Kleerová koordinovala pozorování Gemini a IRTF společněs pozorováním plazmového toru pomocí japonské družice HISAKI (SPRINT-A), která je na oběžné dráze kolem Země, a může tak poskytnout i další cenná  data.

Sopečná laboratoř

Poprvé byly sopky na Io zaznamenány v roce 1979, následně byly studovány sondou Galileo, která kolem Io přeletěla poprvé v roce 1996. Pozemní dalekohledy ukazují, že erupce a výrony lávy se zde vyskytují neustále a vytvářejí lávové proudy a jezera lávy. Velké erupce, vytvářející rozsáhlé lávové proudy, v některých případech dosahující plochy až tisíce čtverečních kilometrů, byly ještě nedávno považované za vzácné jevy. V letech 1978 až 2006 bylo pozorováno jen 13 takových erupcí. Malý registrovaný počet však může z části ovlivněn také malým zájmeme pozorovatelů věnujících jako de Pater snímování Io.

Zájem Daviese o sopky na měsíci Io vychází z podobnosti podmínek měsíce Io se Zemí během jejího raného vývoje, kdy teplo vznikající rozpadem radioaktivních prvků – mnohem intenzivnější než v současné době – vytvářelo exotické, vysokoteplotní vyvřelé horniny. Ovšem vulkanická aktivity měsíce Io má jiný důvod, Jupiter a měsíce Europa a Ganymedes neustále slapovými silami těleso měsíce Io deformují . Současné erupce na Io jsou zřejmě podobné těm, které se vyskytovaly na povrchu terestrických těles ve Sluneční soustavě (např. Země nebo Venuše) v prvotních obdobích jejich existence.

"Použili jsme měsíc Io jako "sopečnou laboratoř". Díky tomu se můžeme podívat zpět do minulosti terestrických planet, abychom získali lepší představu o tom, jak byla pozorovaná obří erupce skutečně velká a jak dlouho trvala," dodal Davies. 

Závěr

Tým doufá, že každoroční sledování povrchu Io pomůže odhalit procesy vulkanických erupcí na měsíci, složení magmatu a napomůže přesnému zmapování prostorového rozložení tepelného toku v průběhu času. Tyto informace jsou nezbytné pro získání lepšího pochopení fyzikálních procesů ohřevu a ochlazování na měsíci Io. 

Zdroj: http://phys.org/news/2014-08-hellacious-weeks-jupiter-moon-io.html

autor: Sylvie Gorková