Місія NASA Juno вперше надала вимірювання температури під поверхнею супутника Юпітера Іо, показавши значне нагрівання в неглибокому шарі під поверхнею найактивнішого вулканічного світу в Сонячній системі. Дані, зібрані під час двох близьких прольотів, також показують, що більшість поверхні Іо дивовижно гладка і складається з матеріалу з дуже низькою щільністю. Ці відкриття прокладають нові шляхи спостережень як для вогняних, так і для крижаних світів за межами нашої планети.
Заглядання під поверхню Іо
Екстремальна вулканічна активність Іо зумовлена припливним нагріванням. Місяць постійно розтягується і стискається під величезною гравітацією Юпітера, перебуваючи на трохи еліптичній орбіті, виробляючи внутрішнє тепло, яке в багато разів перевищує земне. До цього часу майже все, що було відомо про це тепло, базувалося на інфрачервоних спостереженнях, які лише фіксують температуру поверхні. Як повідомляє сайт phys.org, останні відкриття ґрунтуються на даних, зібраних інструментом мікрохвильового радіометра (MWR) космічного апарата.
«Мікрохвильовий радіометр Juno безпосередньо спостерігав за тепловим виходом Іо, заглядаючи під поверхню, — сказав Скотт Болтон, співавтор дослідження та головний дослідник місії Juno в Southwest Research Institute у Сан-Антоніо. — Несподіване відкриття, що ми можемо зазирнути під поверхню скелястого супутника, має важливі наслідки й для вивчення земних вулканів. Juno показала, що якщо використати прилад на кшталт MWR для спостережень за вулканом на Землі, можна виявити аналогічний підповерхневий температурний градієнт. Це дасть змогу отримати нові відомості про процеси, що відбуваються всередині земних вулканів».
Мікрохвильова методика дослідження місяців
Мікрохвильовий радіометр Juno був розроблений Болтоном для того, щоб зазирнути під хмари Юпітера і вивчати динаміку та склад глибокої атмосфери газового гіганта. Шість мікрохвильових антен MWR працюють як єдиний прилад, одночасно вловлюючи мікрохвилі у широкому діапазоні довжин — від приблизно пів дюйма до 20 дюймів (від 1,3 до 51 см). Під час розширеної фази місії прилад MWR дав змогу спостерігати три з галілеєвих супутників планети: Ганімед, Європу та Іо.
«Кожна довжина хвилі досліджує різні глибини, надаючи новий спосіб вивчення глибокої атмосфери гігантських планет та підповерхневих шарів крижаних і кам’янистих місяців, — сказав Болтон. — На Ганімеді та Європі ми досліджували десятки миль під поверхнею, виходячи з того, що їхні крижані оболонки здебільшого складаються з чистої води, але можливість вивчати вулканічну породу на Іо була несподіваним відкриттям».
Під час прольотів 30 грудня 2023 року та 3 лютого 2024 року, космічний апарат Juno на сонячних батареях пролетів на відстані приблизно 1500 км від поверхні місяця.
Дві версії щодо тепла
«Прилад вимірював теплове випромінювання Іо на глибинах від кількох дюймів до десятків футів. Куди б ми не дивилися, ми бачили, що температура підіймається більш ніж на 40 градусів за Фаренгейтом лише за кілька футів від поверхні — градієнт, значно крутіший, ніж можна пояснити лише сонячним нагрівом», — поділилася Шеннон Браун, провідна авторка статті з Лабораторії реактивного руху NASA у Південній Каліфорнії.
Отримані дані допускають два можливі пояснення. Перше полягає в тому, що тепло поступово просочується крізь кору завдяки теплопровідності. Хоча цей фоновий тепловий потік становить лише 1–3 Вт/м² і локально є досить слабким — приблизно як світло маленького нічника під кожним квадратним ярдом поверхні, — у масштабах усього Іо він означає тепловіддачу, що майже у 30 разів перевищує середню для Землі. Друге пояснення полягає в тому, що сигнал надходить від лавових потоків, які охолоджуються під шаром уже затверділої кори завтовшки близько 9–11 м. За оцінками вчених, у будь-який момент такі потоки можуть покривати приблизно 10% поверхні супутника.
Іо дає унікальний погляд на те, як працює приливний нагрів по всьому космосу. Це фундаментальний процес, який забезпечує енергією та теплом світи, що далеко від своєї рідної зорі. Цей процес може не тільки створювати найвулканічніший об’єкт у Сонячній системі, як у випадку з Іо, а й живити підповерхневі океани на місяцях гігантських планет, таких як Європа та Ганімед. До цього моменту астрономи могли спостерігати тільки тепло, що виходить на поверхню або через виверження. Тепер вони можуть охарактеризувати, як тепло рухається від внутрішніх шарів до поверхні.
Рівна поверхня з низькою щільністю матеріалу
Ще одним важливим відкриттям від двох прольотів стало те, наскільки гладкий Іо. До останніх знахідок місяць був відомий своїми високими горами, але дані MWR показують, що, крім видимої топографії, на поверхні є великі гладкі ділянки, які простягаються на 60 миль (100 км) і більше. Оскільки Juno пролітала через накладені області Іо під різними кутами, команда змогла відобразити, як поверхня відбиває мікрохвилі, майже так само, як пасажир літака може бачити, як океан виблискує на сонці тільки під певними кутами.
«Подалі від його гір поверхня більше схожа на Великі рівнини Північної Америки, і хоча Іо — це скелясте тіло, матеріал поверхні має дуже низьку щільність — більше схожий на пемзу або пухкий вулканічний попіл, ніж на твердий камінь», — сказала Браун.
