Джеймс Уэбб раскрывает тайны спутника-вулкана Ио

В окрестностях гигантского Юпитера, разворачивается одна из самых драматических саг Солнечной системы — вечная борьба между силами притяжения и внутренним огнем. Спутник Ио, небольшой мир, оказавшийся в гравитационных тисках своей планеты-хозяина и соседних лун, постоянно испытывает чудовищные деформации. Его недра растягиваются и сжимаются с такой силой, что выделяемое тепло расплавило обширные участки его поверхности, превратив Ио в самое вулканически активное тело среди всех планет и их спутников. Этот кипящий мир, испещренный фонтанами огня и реками расплавленной лавы, долгое время оставался загадкой, многие детали которой были скрыты от наблюдателей. Однако с появлением космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) открылась новая глава в его изучении.

Недавние наблюдения, проведенные группой исследователей под руководством Имке де Патер, используя уникальные возможности ближнего инфракрасного спектрографа JWST, принесли новые открытия. Первый этап наблюдений в ноябре 2022 года сразу же увенчался успехом, зафиксировав чрезвычайно мощное извержение в районе лавового поля Канехекили Флуктус (Kanehekili Fluctus).

Эти данные впервые в истории показали, что вулканы Ио способны испускать возбужденную форму оксида серы, что стало блестящим подтверждением гипотезы, выдвинутой той же научной группой два десятилетия назад. Одновременно телескоп засвидетельствовал драму в огромном лавовом озере Локи Патера (Loki Patera), где было зафиксировано усиление теплового излучения, вызванное погружением и разрушением толстой остывшей коры в кипящую лаву.

Спустя девять месяцев, в августе 2023 года, астрономам представилась уникальная возможность вновь взглянуть на эти два региона, причем Ио снова находился в тени Юпитера. Это орбитальное положение позволило устранить мешающий солнечный свет и получить беспрецедентно четкие данные. Новые снимки запечатлели инфракрасное излучение тех же областей, но картина оказалась динамичной и изменчивой.

Потоки лавы от извержения в Канехекили распространились на колоссальную площадь, превышающую 4300 квадратных километров, что примерно в четыре раза больше, чем было зафиксировано в 2022 году. В Локи-Патере же произошел цикл обновления: старая кора погрузилась, а новая — образовалась и уже успела остыть, что полностью соответствует циклическому поведению лавового озера, наблюдаемому астрономами на протяжении последних десятилетий.

Одними из самых интригующих открытий стали новые данные об атмосфере Ио. На снимках 2023 года были четко видны выбросы оксида серы не только над активным потоком Канехекили, но и в двух других, на первый взгляд спокойных, регионах. Исследователи интерпретируют это как свидетельство «скрытого вулканизма» — подповерхностной активности, не проявляющейся в виде масштабных извержений.

Еще более удивительным стало обнаружение выбросов сернистого газа на длинах волн, ранее не наблюдавшихся в атмосфере Ио. В отличие от оксида серы, который концентрировался в отдельных пятнах, сернистый газ был относительно равномерно распределен по части северного полушария.

Это равномерное распределение навело ученых на мысль, что источником этих выбросов являются не вулканы. Анализ показал, что сера, по всей видимости, производится в основном высокоэнергетическими электронами из плазменного тора Ио — огромного «бублика» заряженных частиц, окружающего Юпитер вдоль орбиты спутника. Эти электроны проникают в атмосферу, состоящую преимущественно из диоксида серы, и при столкновении возбуждают атомы серы, заставляя их светиться.

Совместный анализ данных с телескопов Кека и Хаббла подтвердил, что эта сложная система взаимодействия между плазменным тором и атмосферой Ио остается удивительно стабильной на протяжении десятилетий. Эти открытия, подробно изложенные в журнале Geophysical Research: Planets, не только углубляют наше понимание вулканического мира Ио, но и демонстрируют мощь JWST в раскрытии тайн Солнечной системы.