Первые измерения недр самого вулканического мира в Солнечной системе показывают, что из-под поверхности поднимается тепло.
Миссия НАСА «Юнона» предоставила первые измерения температуры под поверхностью спутника Юпитера Ио, выявив значительный нагрев в неглубоких слоях поверхности самого вулканически активного мира в Солнечной системе. Данные, собранные во время двух близких пролётов, также показывают, что большая часть поверхности Ио удивительно гладкая и состоит из материала очень низкой плотности.
Эти результаты, опубликованные в среду в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, открывают новые горизонты в области наблюдений как за огненными, так и за ледяными мирами за пределами нашей планеты.
Причиной экстремального вулканизма на Ио является приливной нагрев. Спутник постоянно растягивается и сжимается под действием огромной гравитации Юпитера, двигаясь по своей слегка эллиптической орбите, что приводит к выделению внутреннего тепла, в разы превышающего тепловыделение Земли. До сих пор практически всё, что было известно об этом тепле, основывалось на инфракрасных наблюдениях, которые фиксируют только температуру верхнего слоя поверхности. Последние данные получены с помощью прибора «Микроволновый радиометр» (МВР), установленного на космическом аппарате.
«Микроволновый радиометр „Юноны“ непосредственно зафиксировал тепловыделение Ио, заглянув под поверхность, — сказал Скотт Болтон, соавтор исследования и руководитель проекта «Юнона» в Юго-западном исследовательском институте в Сан-Антонио. — Удивительное открытие, позволяющее нам заглянуть под поверхность каменного спутника, имеет важные последствия для изучения вулканов Земли. „Юнона“ показала нам, что если мы будем проводить наблюдения с помощью прибора типа МВР вблизи вулкана на Земле, то, возможно, увидим аналогичные признаки в градиенте температуры под поверхностью, что даст новую информацию о том, как работают земные вулканы».
Огонь и лёд
Микроволновый радиометр «Юноны» был разработан Болтоном для наблюдения за облаками Юпитера с целью изучения динамики и состава глубоких слоёв атмосферы этого газового гиганта. Шесть микроволновых антенн МВР работают как единый прибор, одновременно регистрируя микроволны в широком диапазоне длин волн — от 1,3 до 51 сантиметра. В ходе продлённой фазы миссии прибор МВР дал возможность наблюдать три галилеевых спутника планеты: Ганимед, Европу и Ио.
«Новизна этой методики заключается в том, что каждая длина волны позволяет исследовать разные глубины, что открывает новый способ изучения глубоких слоёв атмосферы гигантских планет и подповерхностных слоёв ледяных и каменных спутников, — сказал Болтон. — На Ганимеде и Европе мы исследовали слои на глубине десятков километров под поверхностью, исходя из того, что их ледяные оболочки в основном состоят из чистой воды, но возможность проникнуть в вулканические породы на Ио стала неожиданностью».
Во время пролётов 30 декабря 2023 года и 3 февраля 2024 года космический аппарат «Юнона», работающий на солнечной энергии, приблизился к поверхности спутника на расстояние около 930 миль (1 500 километров).
«Прибор измерил тепловое излучение Ио на глубинах от нескольких дюймов до десятков футов. Везде, где мы проводили измерения, мы обнаружили, что температура повышается более чем на 20°С всего в нескольких метрах от поверхности — этот градиент гораздо круче, чем можно объяснить одним лишь солнечным нагревом», — сказала Шеннон Браун, ведущий автор статьи из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Данные позволяют предположить два возможных объяснения. Во-первых, тепло может равномерно подниматься вверх через проводящую кору. Хотя этот фоновый тепловой поток — составляющий от 1 до 3 ватт на квадратный метр — в местном масштабе относительно невелик (примерно эквивалентен небольшому ночнику, светящемуся под каждым квадратным метром), в масштабах всего спутника он представляет собой выделение энергии, в 30 раз превышающее среднее значение для Земли. В качестве альтернативы сигнал может исходить от остывающих лавовых потоков, покрытых слоем затвердевшей коры толщиной примерно от 9 до 11 метров, которые в любой момент времени занимают около 10% поверхности спутника.
«Ио открывает уникальную возможность понять, как работает приливной нагрев во всём космосе — фундаментальный процесс, обеспечивающий энергией и теплом миры, удалённые от своей родительской звезды, — сказал Болтон. — Этот процесс может не только сформировать самое вулканическое небесное тело в Солнечной системе, как в случае с Ио, но и питать подповерхностные океаны на спутниках гигантских планет, таких как Европа и Ганимед. До сих пор мы могли наблюдать только тепло, уходящее с поверхности или выделяющееся во время извержений. Теперь мы можем охарактеризовать, как тепло перемещается из недр к поверхности».
Обширные равнины Ио
Ещё одно важное открытие, сделанное в ходе двух пролётов, заключается в том, насколько гладкой является поверхность Ио. До недавних открытий этот спутник был известен своими высокими горами, но данные МВР указывают на то, что, помимо этой видимой топографии, на поверхности имеются обширные ровные участки, протянувшиеся на 100 километров и более. Поскольку «Юнона» пролетела мимо перекрывающихся областей Ио под разными углами, команда смогла составить карту того, как поверхность отражает микроволны — подобно тому, как пассажир самолёта может видеть, как океан сверкает в лучах солнца только под определёнными углами.
«Вдали от гор поверхность больше напоминает Великие равнины Северной Америки, и хотя Ио является каменным телом, материал поверхности имеет очень низкую плотность — он больше похож на пемзу или пушистый вулканический пепел, чем на твёрдую породу», — сказал Браун.
Подробнее о «Юноне»
JPL — подразделение Калифорнийского технологического института (Caltech) в Пасадене, штат Калифорния, — осуществляет управление миссией «Юнона» по поручению главного исследователя Скотта Болтона из Юго-западного исследовательского института. Миссия «Юнона» входит в программу НАСА «Новые границы», которую координирует Центр космических полётов имени Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, по поручению Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне. Компания Lockheed Martin Space в Денвере построила космический аппарат и обеспечивает его эксплуатацию.