Ученые готовят миссию на Ио – самый вулканический спутник Юпитера

Предлагаемая миссия под названием Io Volcano Observer (IVO) посетит спутник Юпитера Ио, который является настоящей вулканической страной чудес с сотнями извергающихся вулканов, извергающих тонны расплавленной лавы и сернистых газов в любой момент.

Верните часы на несколько миллиардов лет назад, и это могла бы быть поверхность любой молодой каменистой планеты. Но сегодня в нашей Солнечной системе только Ио обладает такой гиперактивностью. Под колоссальным притяжением Юпитера и проходящими орбитальными буксирами близнецов Европы и Ганимеда Ио подвергается суровым приливам, которые растягивают и сжимают спутник, когда он движется по эллиптическому пути.

Ученые знают, что эти приливные силы генерируют сильное тепло внутри Ио, в результате чего тепловой поток в 20 раз больше, чем на Земле, и, в целом, являются важным планетарным процессом во Вселенной.

«Но мы все еще глубоко не знаем, как они на самом деле работают, – сказал Альфред МакИвен, планетарный геолог и профессор-регент в Лаборатории Луны и планет в Университете Аризоны. – Остаются основные вопросы о том, где и как приливное тепло образуется внутри планеты или спутника, как это тепло уходит на поверхность и какое влияние этот процесс оказывает на планетные миры по всему космосу».

Но Ио с его впечатляющими вулканами и экстремальной приливной активностью может ответить на эти вопросы. По словам МакИвена, изучение того, как именно эта печь функционирует внутри Ио, в свою очередь, поможет нам понять, как эволюционируют миры.

Шиворот навыворот

Как главный исследователь, МакИвен возглавляет команду по разработке IVO, которая находится на рассмотрении в программе NASA Discovery.

Созданный Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, космический аппарат IVO совершит не менее 10 близких пролетов над Ио за четыре года, используя набор специализированных инструментов, чтобы заглянуть под яркую покрытую серой поверхность Ио, снимая изображения и видео с его экстремальным вулканизмом и в конечном итоге отслеживать тепловую энергию Ио изнутри.

«Мы хотим следить за жарой, – отметил Ласло Кестай, заместитель главного исследователя IVO Геологической службы США. – И ключом к этому является понимание того, где внутри Ио генерируется тепло».

В зависимости от распределения твердых и расплавленных горных пород на спутнике, приливный нагрев может распространяться по всей его внутренней части или концентрироваться ближе к ее поверхности. Таким образом, IVO будет измерять гравитацию и магнитные поля вокруг Ио, чтобы почувствовать, что происходит внутри.

Например, одна из заманчивых возможностей заключается в том, что на Ио есть глобальный океан магмы, скрывающийся под его большей частью холодной каменистой поверхностью. Когда магнитное поле Юпитера движется по спутнику, IVO обнаружит искажение магнитного поля, создаваемое токами, генерируемыми внутри электропроводящей магмы, получая другие показания, чем, скажем, если бы внутренности Ио были в значительной степени твердыми.

IVO также объединит геофизические измерения и новые топографические карты, чтобы понять толщину и движение холодного скалистого внешнего слоя Ио и дать представление о том, как Земля, Луна и другие скалистые планеты работали вскоре после своего образования, когда магму охлаждали океанические миры.

Орбитальная акробатика

Подобно акробату, IVO будет висеть далеко от Юпитера, рассчитывая время своего падения к Ио, чтобы достичь наилучшего местоположения – и в точные моменты – как для сбора самых четких наблюдений магнитного и гравитационного полей Ио, так и для измерения «колебания» на орбите вокруг Юпитера.

Опустившись на высоту 200 километров над луной, IVO будет отображать около 90% красочной поверхности Ио и вулканизма с разрешением до 300 метров на пиксель и меньшие области до 3 м/пиксель, а также снимайте видео извержения лавы и шлейфов во время каждого пролета.

Наблюдая за полюсами при приближении и отбытии, IVO будет измерять распределение тепла, исходящего от Ио, с возможностями, которых не было у других космических кораблей, и которые нельзя наблюдать с Земли. Инфракрасные данные, полученные с помощью тепловизора, также помогут ученым понять температуру и химический состав лавы.

IVO будет оснащен масс-спектрометром для отбора проб газов, извергающихся из вулканов Ио. Эти газы несут своего рода отпечаток пальца, который фиксирует химическую эволюцию Ио и всей системы Юпитера, что позволяет ученым изучать ее полную историю.

«Это будет первый случай, когда кто-либо будет проводить измерения атмосферы Ио на месте, и это хорошая почва для новых открытий», – сказала Кэти Мандт, научный сотрудник проекта IVO из APL. – Мы знаем, что Ио теряет большую часть своего тепла из-за потрясающих извержений, которые затмевают вулканы и потоки лавы, которые мы видим на Земле. На них будет не только приятно смотреть, но и они помогут нам понять, как именно этот процесс работает изнутри».

Изменения в системе

«Движение тепла – это двигатель перемен, – сказал Кестей. – IVO будет исследовать, как поток тепла повлиял на Ио и всю систему Юпитера с течением времени».

Тонны вулканического газа, уносимые с Ио каждую секунду, широко распространяются мощным магнитным полем Юпитера. IVO будет просматривать этот материал, давая новое представление о том, как он удаляется и куда он направляется – первый шаг к пониманию эволюционных изменений в химии Ио.

Летучие вещества, покидающие Ио, распространились по всей системе Юпитера, окрашивая поверхность Европы, потенциально поставляя химические ингредиенты для жизни в океан в пределах ближайшего соседа Ио. Ученые также ожидают узнать больше о критической роли, которую играет приливное нагревание в разогреве жидких водных океанов под ледяными оболочками Европы и других потенциально обитаемых миров, таких как спутники Сатурна Титан и Энцелад.

«Используя Ио как естественную лабораторию размером с планету, мы лучше поймем процессы, важные во всей Солнечной системе и за ее пределами», – добавил МакИвен.