كيف يحصل قمر المشتري آيو على غلافه الجوي الجهنمية

قمر مصفر لامع ومزرق أمام كوكب عملاق باهت.

صورة مركبة لـ Io و Jupiter (صورة كوكب المشتري من المركبة الفضائية كاسيني ، صورة Io من البحث الجديد). تظهر أعمدة ثاني أكسيد الكبريت من براكين أيو باللون الأصفر. الصورة عبر ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / I. de Pater et al. / NRAO / AUI NSF / S. Dagnello / NASA / ESA /جامعة كاليفورنيا في بيركلي.

ال، واحد من أربعة كبيرةأقمار الجليلكوكب المشتري ، هو الجسم الأكثر نشاطًا بركانيًا في نظامنا الشمسي ، حتى أكثر من كوكب الأرض. يحتوي على أكثر من 400 بركان نشط وغالبًا ما يوصف بأنه جهنمي. يتمتع آيو أيضًا بجو رقيق للغاية ، يتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكبريت (SO2). تنفث براكين هذا العالم الصغير بانتظام ثاني أكسيد الكبريت في غلافه الجوي. ومع ذلك ، لم يكن العلماء متأكدين مما إذا كان الغلاف الجوي ينبع من ثاني أكسيد الكبريت الساخن القادم مباشرة من البراكين ، أو ثاني أكسيد الكبريت البارد الذي يتراكم على سطح أيو ويتجمد من قبل.التساميفي الغلاف الجوي. الآن قرروا أنهما كلاهما.

تقاويم القمر لعام 2021 موجودة هنا! اطلب ما يناسبك قبل ذهابهم. هدية رائعة!

باستخدامروحتلسكوب في شيلي ، لدى باحثين في جامعة كاليفورنيا ، بيركليأعلنأن ما يصل إلى نصف ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي لآيو يأتي مباشرة من البراكين. تم نشر النتائج في قسمين جديدينمراجعة الأقرانالأوراق المقبولة للنشر فيمجلة علوم الكواكبالتي يمكنك قراءتهاهناوهنا.

عالم الفلكإمكي دي باتر، الذي قاد الدراسة ، في أبيان:

لم يكن معروفًا ما هي العملية التي تحرك الديناميكيات في جو آيو. هل هو نشاط بركاني ، أم غاز يتصاعد من السطح الجليدي عندما يكون Io في ضوء الشمس؟ ما نظهره هو أن البراكين في الواقع لها تأثير كبير على الغلاف الجوي.

اتضح أن الجواب هو كلا الأمرين.



وجد الباحثون أن بعض ثاني أكسيد الكبريت يتجمد بالفعل على السطح. يحدث هذا عندما يمر Io عبر ظل المشتري كل 42 ساعة. عندما لاحظ الباحثون آيو في 20 مارس 2018 ، لاحظوا أن الانبعاثات الراديوية من ثاني أكسيد الكبريت انخفضت بشكل كبير. وهذا يعني أن الغلاف الجوي السفلي لآيو ، على ارتفاع 6-12 ميلاً (10-20 كم) ، انهار وتجمد على السطح.

انخفضت درجة الحرارة خلال هذه الفترة إلى -270 درجة فهرنهايت (-168 درجة مئوية) ، وهي باردة بدرجة كافية لتجميد ثاني أكسيد الكبريت. عادةً ما يكون سطح Io حوالي -230 درجة فهرنهايت (-150 درجة مئوية). بارد ، ولكن ليس باردًا بدرجة كافية حتى يتجمد ثاني أكسيد الكبريت.

في 2 و 11 سبتمبر 2018 ، ارتفعت انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت مرة أخرى في غضون 10 دقائق بعد عودة آيو من ظل المشتري إلى ضوء الشمس. دي باترقالت:

بمجرد دخول Io إلى ضوء الشمس ، تزداد درجة الحرارة ، وتحصل على كل جليد SO2 المتسامي إلى غاز ، وتقوم بإصلاح الغلاف الجوي في غضون 10 دقائق تقريبًا ، أسرع مما توقعته النماذج.

هذا يفسر من أين يأتي بعض ثاني أكسيد الكبريت المجمد. لكن الباحثين لاحظوا شيئًا آخر أيضًا. اكتشف ALMA وفرة من ثاني أكسيد الكبريت فوق البراكين ، بالإضافة إلى مستويات منخفضة من الغاز على مستوى العالم في الغلاف الجوي لآيو. يشير هذا إلى أن الغاز الأكثر انتشارًا كان مصدره براكين غير مرئية أو 'خفية'. ينبعث منها ثاني أكسيد الكبريت ، ولكن ليس دخانًا أو جزيئات أخرى يمكن رؤيتها بسهولة.

في الوقت الحالي ، يعتقد الباحثون أن الغاز الإضافي يأتي من مثل هذه البراكين الخفية ، على الرغم من أنهم لا يستطيعون استبعاد احتمال أن يكون ثاني أكسيد الكبريت لا يتكثف تمامًا على السطح. كما دي باتروأشار:

إن ثاني أكسيد الكبريت الذي نراه مع ALMA عندما يكون Io في الكسوف عند مستوى منخفض جدًا ، ولا يمكننا القول ما إذا كان ذلك بركانيًا خفيًا أو ناتجًا عن ثاني أكسيد الكبريت لا يتكثف تمامًا.

القمر الساطع منقوش ومتبلور بألوان زاهية مختلفة ، على خلفية سوداء.

آيو ، كما رأته مركبة جاليليو الفضائية في 19 سبتمبر 1997. الصورة من وكالة ناسا / مختبر الدفع النفاث / جامعة أريزونا /ناسا المصورة.

الملاحظات السابقة منمرصد كيكمن يوليو الماضي ، ومع ذلك ، دعم سيناريو البراكين الشبح. اكتشف Keck أول أكسيد الكبريت وفيرًا (وبالتالي) فوق البراكين وكذلك منتشرة في الغلاف الجوي. يقول الباحثون أن ضوء الشمس يكسر رابطة الكبريت والأكسجين في ثاني أكسيد الكبريت الذي تم قذفه بمئات الكيلومترات فوق السطح ، مما أدى إلى تكوين أول أكسيد الكبريت. دي باترقالت:

ولكن بعد ذلك ، عندما نظرنا إلى SO مع Keck ، يمكننا فقط تفسير انبعاثات SO ، المنتشرة على السطح ، من خلال هذا النشاط البركاني الخفي ، لأن إثارة SO تتطلب درجة حرارة عالية جدًا.

من خلال مراقبة أيو في مداره حول المشتري أثناء تحركه داخل ظل المشتري ثم خارجه ، تمكن الباحثون من معرفة مقدار رواسب ثاني أكسيد الكبريت على القمر الناتجة عن التجمد على السطح ومقدار ما جاء من التخفي أو البراكين الأخرى .محطة Luszcz-Cookمن جامعة كولومبيا في نيويوركقالت:

عندما يمر Io إلى ظل المشتري ، ويكون بعيدًا عن أشعة الشمس المباشرة ، يكون الجو باردًا جدًا بالنسبة لغاز ثاني أكسيد الكبريت ، ويتكثف على سطح Io. خلال ذلك الوقت ، يمكننا فقط رؤية ثاني أكسيد الكبريت من مصادر بركانية. لذلك يمكننا أن نرى بالضبط مقدار تأثر الغلاف الجوي بالنشاط البركاني.

القمر الساطع منقوش بألوان زاهية مختلفة ، مع عمود مزرق على أطرافه ، على خلفية سوداء.

ثوران بركاني على جزيرة آيو ، التقطته كاميرات جاليليو في 28 يونيو 1997. الصورة عبرناسا.

تضاريس ملونة مرقطة مع عمود كبير على الحافة ، على خلفية سوداء.

تسمى نظرة فاحصة من جاليليو على أحد براكين آيوجلد، كما كان ينفجر. الصورة عبر وكالة ناسا /مختبر الدفع النفاث/ هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.

باستخدام ALMA ، تمكن العلماء من 'رؤية' ، لأول مرة ، أعمدة من ثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكبريت تتصاعد من براكين أيو. اثنان من تلك البراكين ،كاري باتيراوديدالوس باتيرا، كانت تنفجر في مارس ، وكان بركان ثالث نشطًا في سبتمبر.

يقدر الباحثون الآن أن 30٪ إلى 50٪ من الغلاف الجوي لآيو ينتج مباشرة عن طريق البراكين النشطة.

غاز ثالث ، كلوريد البوتاسيوم (KCI) ، تم اكتشافه أيضًا بواسطة ALMA ، وهو مكون شائع للحمم البركانية. وفقًا لـ Luszcz-Cook:

نرى KCI في المناطق البركانية حيث لا نرى SO2 أو SO. هذا دليل قوي على أن خزانات الصهارة تختلف باختلاف البراكين.

كاثرين دي كليرفي معهد كاليفورنيا للتكنولوجيامضاف:

من خلال دراسة الغلاف الجوي لـ Io والنشاط البركاني ، يمكننا فهم المزيد عن البراكين وعملية تسخين المد والجزر وداخل Io.

تضاريس رمادية مع بقع داكنة ومشرقة.

البركانلوكي باتيرا، كما يراهالسفر 1في عام 1979. الميزة المظلمة على شكل حرف U هي بحيرة من الحمم البركانية يبلغ عرضها 124 ميلاً (200 كم). الصورة عبر NASA / JPL / USGS /معهد علوم الكواكب.

العديد من النقاط المضيئة على الكرة المظلمة ، على خلفية سوداء ، مع مقياس ملون مُسمى على الجانب الأيمن.

عرض بالأشعة تحت الحمراء لبراكين آيو النشطة من مركبة جونو الفضائية التابعة لناسا ، والتي تدور حاليًا حول كوكب المشتري. رائع! الصورة عبر NASA / JPL-Caltech / SwRI / INAF /جمعية الكواكب.

العلماء حريصون على معرفة المزيد عن الصهارة Io أيضًا ، ويخططون لمراقبة القمر عند أطوال موجات راديو إضافية. يمكن لهذه الأدوات أن تسبر عدة بوصات تحت السطح وتوفر أدلة حول ما تتكون منه صهارة آيو ودرجة حرارتها. يريدون أيضًا معرفة المزيد عن درجة حرارة الغلاف الجوي السفلي لآيو. دي باترقالت:

لقياس درجة حرارة الغلاف الجوي لآيو ، نحتاج إلى الحصول على دقة أعلى في ملاحظاتنا ، الأمر الذي يتطلب منا مراقبة القمر لفترة أطول من الوقت. لا يمكننا القيام بذلك إلا عندما يكون Io في ضوء الشمس ، لأنه لا يقضي الكثير من الوقت في الكسوف. خلال هذه الملاحظة ، سوف يدور Io بعشرات الدرجات. سنحتاج إلى تطبيق برنامج يساعدنا في عمل صور غير مبهمة. لقد فعلنا ذلك سابقًا باستخدام صور راديو لكوكب المشتري مصنوعة من ALMA وصفيف كبير جدا.

كيف يمكن لقمر صغير مثل آيو ، خارج النظام الشمسي الخارجي ، أن يكون لديه براكين نشطة؟ آيو نشط بركانيًا بسببتدفئة المد والجزر. يواجه نفس الجانب من Io كوكب المشتري ، تمامًا مثل الجانب نفسه من القمر الذي يواجه الأرض دائمًا. تولد جاذبية المشتري ، وكذلك قمرا يوروبا وجانيميد ، احتكاكًا وتسخينًا هائلين داخل أيو.

شوهد آيو آخر مرة عن قرب من قبل وكالة ناسامهمة جاليليوفي أواخر التسعينيات / أوائل القرن الحادي والعشرين. الحاليالمركبة المدارية جونولقد رأى آيو من مسافة بعيدة ، لكن مهمته الأساسية هي مراقبة كوكب المشتري نفسه بالتفصيل أثناء دورانه حول الكوكب العملاق. لقد أخذتبعض الصور الرائعةمن مسافة بعيدة رغم ذلك.

امرأة مبتسمة ذات شعر رمادي ترتدي نظارة ، وستائر نوافذ خلفها.

Imke de Pater من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، الذي قاد الدراسة الجديدة. صورة عبرجامعة كاليفورنيا في بيركلي.

تساعد النتائج الجديدة في حل لغز كيفية تشكل الغلاف الجوي لآيو وكيف تلعب البراكين دورًا رئيسيًا في ذلك. ولكن لا يزال هناك العديد من الأسئلة التي يجب الإجابة عليها - وأسئلة جديدة يجب طرحها - حول أكثر النقاط الساخنة البركانية نشاطًا في النظام الشمسي.

الخلاصة: تنتج البراكين النشطة ما يقرب من نصف الغلاف الجوي للكبريت في آيو ، وفقًا للملاحظات الجديدة باستخدام ALMA.

المصدر: ALMA Observations of Io Going into and Coming from Eclipse

المصدر: ملاحظات عالية الدقة المكانية والطيفية للانبعاثات المحظورة 1.707 um Rovibronic SO على Io: دليل على انتشار البراكين الشبح *

عبر جامعة كاليفورنيا في بيركلي

عبر NRAO