Ein neuer Blick auf den explosivsten Mond im Sonnensystem

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Io, der drittgrößte der Jupitermonde, ist in einem unter Druck stehenden, explosiven Tanz gefangen.

Die Mineralzusammensetzung von Io, die in der Nähe von Ganymed und Europa, zwei der anderen größten Jupitermonde, und dem Planeten selbst umkreist, wird ständig von der Schwerkraft gezogen und geschoben, wodurch tief im Inneren des Mondes Reibungswärme entsteht. Dies macht es extrem vulkanisch aktiv – es gibt Hunderte von Vulkanen und ausgedehnte Netzwerke von Lavaströmen, die die Oberfläche von Io markieren.

„Es wird wie ein Wutball zusammengedrückt“, sagte Jeff Morgenthaler, ein Astrophysiker am Planetary Science Institute.

Trotz einer Reihe von nahe fliegenden Raumfahrzeugen in den letzten Jahrzehnten – einschließlich der Missionen Voyager 1 und Galileo – sowie der ständigen Beobachtung von der Erde gibt es anhaltende Rätsel über die Art der vulkanischen Aktivität auf Io und wie die feurige Energie des Mondes damit interagiert Jupiter und andere Körper in der Nähe.

Letztes Jahr entdeckte Morgenthaler, der die Gase, die Io abgibt, und die Wolke, die Gase um Jupiter erzeugen, untersucht, Anzeichen dafür, dass eine andere Art von Eruption – eine stärkere oder anhaltendere – stattfand.

„Das ist eine aufregende Beobachtung“, sagte Ashley Davies, Planetenforscherin und Vulkanologin am Jet Propulsion Laboratory der NASA, die nicht an Dr. Morgenthalers Studie beteiligt war. „Es zeigt, dass Io sicherlich einer der energiereichsten Körper im Sonnensystem ist, und Sie haben keine Ahnung, wie er aussehen wird, wenn Sie Ihr Teleskop darauf richten.“

Die Beobachtung könnte dabei helfen, die zukünftige Untersuchung von Io zu leiten, einschließlich der Vorbereitungen für die NASA-Raumsonde Juno, die Jupiter seit 2016 umkreist und diesen Dezember nur ein paar hundert Meilen vom Jupitermond entfernt fliegen soll.

Da Io weit von der Sonne entfernt ist und eine sehr dünne Atmosphäre hat, liegt seine Oberfläche im Durchschnitt bei etwa minus 200 Grad Fahrenheit und ist mit einer frostigen Schicht aus Schwefelverbindungen überzogen. Vulkanausbrüche dort, die in vielen verschiedenen Formen und Intensitäten auftreten, können Temperaturen von bis zu 2.500 Grad Fahrenheit erreichen. Wenn große Hitze auf große Kälte trifft, können Moleküle wie Schwefeldioxid und Natrium in den Weltraum geschossen werden. Einige der explosivsten Eruptionen kommen aus Rissen in der Oberfläche und werfen Lavafontänen eine halbe Meile in den Weltraum. Die geladenen Moleküle erzeugen im Gefolge von Io einen sogenannten „Plasma-Torus“: eine Donut-förmige Wolke aus ionisiertem Gas, die sich im Magnetfeld des Jupiter sammelt.

Mit Infrarot-Teleskopen ist es möglich, die vulkanischen Hotspots von Io direkt zu betrachten. Seit 2017 verfolgt Dr. Morgenthaler jedoch einen anderen Ansatz und konzentriert sich auf den Plasmatorus des Mondes durch das Io Input/Output Observatory (IoIO) des Planetary Science Institute in Arizona. Anstatt Infrarotlicht zu verwenden, verwendet Dr. Morgenthaler IoIO, um Licht von Jupiter zu blockieren und das Gas um ihn herum zu messen.

Io wurde am 14. Dezember von Juno aus einer Entfernung von etwa 40.000 Meilen gesehen. Kredit… NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Ein Infrarotbild der südlichen Hemisphäre von Io, aufgenommen von der Raumsonde Juno am 16. Dezember 2017 in einer Entfernung von etwa 290.000 Meilen. Je heller die Farbe, desto höher die gemessene Temperatur. Kredit… NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

Dr. Davies sagte, während Infrarotteleskope uns sagen können, wo Vulkane auf Io ausbrechen und wie mächtig sie sein könnten, kann uns die Untersuchung des Plasmatorus sagen, wann ein Ausbruch chemisch reich ist – was signalisiert, dass er mächtiger, anhaltender oder gerechter sein könnte eigenartiger. Eine Eruption könnte mehr ionisiertes Gas in den Torus drücken. Ein anderer könnte viel neutrales Gas aussenden. „Das passiert nicht jedes Mal, und es ist eine interessante Verbindung“, sagte Dr. Davies.

Jedes Jahr hat Dr. Morgenthaler die vulkanische Aktivität durch IoIO überwacht, er hat eine Art erhöhte Konzentration oder Aufhellung von Gasen im Plasmatorus bemerkt. Diese Veränderungen korrelieren mit Vulkanausbrüchen, deren Intensität durch die vom Mond emittierten Natriumwerte gemessen werden kann. Aber von September bis Dezember 2022 bemerkte er nach einem großen Vulkanausbruch, dass der Torus viel weniger Schwefeldioxid enthielt, als die Größe des Ausbruchs vermuten lässt. Der Torus war nicht so hell, wie er hätte sein sollen.

Dies könnte bedeuten, dass die Eruption eine andere chemische Zusammensetzung als die anderen hatte oder dass verschiedene Arten von Mineralien gestört wurden. Es wäre wie der Mount St. Helens, ein steiler Stratovulkan, der explosionsartig ausbrechen kann und Schmutz, Gestein und Natrium in die Atmosphäre schleudert, der auf der Erde ausbricht, eher als der Mauna Loa, ein sanft geneigter Schildvulkan, der mit flüssigen Lavaströmen ausbricht. Oder es könnte bedeuten, dass der Torus als Reaktion auf die intensive Eruption diffundierte.

Mehr als alles, was Morgenthaler sagte, ist es ein Aufruf zu mehr Forschung.

„Ich hebe nur die Flagge und sage: ‚Das ist passiert’“, sagte Dr. Morgenthaler, nachdem er diesen Monat die Beobachtung angekündigt hatte.

Die Untersuchung der Anomalie könnte die verschiedenen Arten von Vulkanen auf Io sowie die Wechselwirkungen zwischen dem Plasmatorus und anderen massiven Monden um Jupiter detaillierter darstellen. Es müssen jedoch viel mehr Daten gesammelt werden, um alle Teile zusammenzusetzen, einschließlich von anderen leistungsstarken Teleskopen auf der Erde, wie dem James-Webb-Weltraumteleskop, sowie von der Juno-Raumsonde.

Zur Untersuchung von Gasen aus Io sagte Dr. Morgenthaler, dass seine Methode, die billig ist und von kleinen Forschungsorganisationen und sogar einigen Hinterhofastronomen angepasst werden könnte, derzeit oft zu wenig genutzt wird. Aber seine Arbeit könnte die Tür für ähnliche und weit verbreitete Forschungen öffnen, die Daten zum Verständnis des Jupiter-Systems liefern könnten.

Dr. Davies sagte, dass diese Art von Stückwerksforschung ein wesentlicher Bestandteil des Verständnisses von Io ist. „Man kann sich das so vorstellen, als würde man verschiedene Teile eines Elefanten betrachten“, sagte er.

Die Tatsache, dass Dr. Morgenthalers jüngste Beobachtung mit weitgehend zugänglichen Instrumenten gemacht wurde, eröffnet die Möglichkeit weiterer Studien, ähnlicher und unterschiedlicher Art. „Je mehr Überwachung wir bekommen können, desto besser wird es“, sagte Dr. Davies.

Die New York Times

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