|
Ио (Io)Первый спутник Юпитера (J1) |
Открытие
Поверхность, возраст, состав, рельеф. Номенклатура Ио
Ио является одним из четырех
спутников Юпитера, открытых Галилео Галилеем в
1610 г. Он назвал их Медицейскими лунами в честь
великого герцога Тосканского Космы II Медичи.
Однако утвердились названия, которые были даны
этим спутникам Симоном Мариусом (1573-1624),
наблюдавшим их почти одновременно с Галилеем и
оспаривавшим приоритет их открытия. Он
использовал для спутников мифологические имена
любимцев Зевса (Юпитера): Ио (J1), Европа (J2), Ганимед
(J3) и Каллисто (J4). Однако в
этом споре приоритет открытия остался за
Галилеем, который впервые использовал телескоп
как средство открытия и наблюдений, и в своей
работе "Звездный вестник", опубликованной в
Венеции в 1610 г., описал свои ежедневные
наблюдения взаимных положений спутников с 10
января по 2 марта 1610 г. Первый спутник получил
название Ио, дочери аргосского царя, которая
была возлюбленной Юпитера, за что Гера
превратила ее в корову.
Спутник Ио является третьим по
величине и самым внутренним из системы
галилеевых спутников, которая характеризуется
компланарностью орбит (расположение орбит в
плоскости экватора планеты) и почти круговой их
формой. Ио может быть классифицирован как один из
самых необыкновенных спутников нашей солнечной
системы. Действующий вулканизм на Ио - самое
большое открытие космической эпохи. Вояджер 1
наблюдал 9 действующих вулканов, другие
извержения произошли между пролетами Вояджеров 1
и 2. Высота этих выбросов над поверхностью более
300 километров, скорость извержения 1 км/сек.
Масса Ио составляет 8.94 х 10 22 кг, что на 20% больше массы Луны, средняя плотность довольно высока 3.55 г/см3. Диаметр Ио - 3 660 км, что немного больше Луны (для сравнения диаметр Луны - 3 476 км). Ускорение свободного падения достаточно велико 181 x10 2 см/сек2 .
| Масса (кг) Масса (в массах Земли) Средняя плотность (г/см3) Визуальное геометрическое альбедо Средняя температура поверхности Средняя величина (Vo) |
8.94 x 10 22 1.4960 x 10 -2 3.55 0.61 130о K (-143о C) 5.02 |
Форма спутника немного отличается от сферической, основные ее параметры приведены в таблице
| Средний радиус (км) Экват. радиус (км) Экв.рад. вдоль орбиты (км) Поляр.радиус(км) Ср.кв.откл. (км) Макс.превышение (км) Макс. впадина (км) |
1821.3 ± 0.2 1830.0 ± 0.2 1818.7 ± 0.2 1815.3 ± 0.2 1.4 5-10 3 |
Поверхность Ио значительно
отличается от поверхности других спутников
солнечной системы. Отсутствие ударных
метеоритных кратеров указывает на то, что
поверхность является очень молодой - не более 1
млн лет. Ио состоит в основном из скалистых пород
с очень малым количеством железа. Состав
продуктов извержения - сера и различные сульфиды.
Температура на поверхности Ио 130о К (-143о
С). Около 2% поверхности занимают активные горячие
пятна. Их более 10. Температура в них 300о, 400о
и 600о К, размеры пятен от 75 до 250 км. .
Рельеф Ио в основном
равнинный. Кроме гор, в центре комплекса Пеле
имеются еще несколько крупных массивов. Гора
Хемус у южного полюса высотой до 10 км занимает
площадь 150 х 80 км. Однако существует огромное
разнообразие ландшафта. Номенклатура
Ио включает в себя 9 различных категорий
рельефа. Существуют катены (Catena, Сatenae) - цепочки
или линии кратеров, действующие вулканы (Eruptive Center), потоки
активной лавы (Fluctus),
столовые
горы с обрывистыми краями (Mensa) и изрезанные горы
(Mons, Montes) несколько километров высоты.
Кроме того, часто встречаются патеры (Patera,
Paterae) - кратеры неправильной формы, ровные
возвышенности в виде плато (Planum, Plana), различные области (Regio, Regiones),
отличающиеся от соседних по яркости или цвету, и
отдельные купола или холмы (Tholus, Tholi). Не существует
ландшафтов, подобным ударным кратерам, так как
вулканизм покрывает поверхность новыми
образованиями гораздо быстрее, чем поток комет и
астероидов может создать большие ударные
кратеры.
Орбита Ио расположена внутри
интенсивного радиационного пояса электронов и
ионов, пойманных в магнитное поле Юпитера. Так
как магнитосфера вращается вместе с Юпитером,
она сметает с Ио и уносит прочь около 1000 кг
материала в секунду. Материал образует тор,
облако ионов, которое светит в ультрафиолете.
Тяжелые ионы тора мигрируют наружу, и их давление
как бы надувает магнитосферу Юпитера, делая ее
вдвое больше ожидаемого размера. Некоторые из
более энергетических ионов серы и кислорода
попадают вдоль магнитного поля в атмосферу
планеты, вызывая свечение у полюсов (так
называемая "аврора"). Ио взаимодействует с
магнитосферой и самим тором и является как бы
частью ускорителя, образуя естественный мощный
электрический генератор, создавая 400 000 вольт
вдоль ее диаметра и генерируя электрический ток 5
млн ампер, который течет вдоль магнитного поля к
ионосфере планеты.
Механизм извержения на Ио не
связан с радиоактивным распадом элементов,
которые могли бы разогреть кору - Ио для этого
недостаточно велика. Причиной вулканизма,
вероятно, является нагревание спутника приливным
воздействием других галилеевых спутников.
Энергия для разогрева черпается из приливных
взаимодействий второго галилеева спутника -
Европы, самого Юпитера и, в небольшой степени,
третьего спутника - Ганимеда. Приливные силы
создают горбы на поверхности, изгибают
литосферу Ио и разогревают ее недра. Благодаря
приливным воздействиям в недрах Ио выделяется
огромная энергия 60-80 триллионов ватт. Повидимому,
она распределяется неравномерно, больше ее
выделяется в поверхностных слоях.
 © JPL NASA |
На снимке газовый султан поднимается на 250-300 км над действующим вулканом. Состав продуктов извержения - сера, сернистый газ и некоторые сульфиды, которые придают оранжевый цвет поверхности Ио. Вдоль орбиты Ио было обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы. Действующие вулканы выбрасывают фонтаны газообразных веществ, поднимающихся на сотни километров. Более тяжелые элементы - сера и сконденсированный сернистый газ - остаются на поверхности. Часть продуктов извержения рассеивается в космосе, образуя газовый тор на орбите. |
Предсказание теории о приливном характере вулканизма на Ио на основе анализа взаимных возмущений галилеевых спутников нашло свое подтверждение уже через два месяца после опубликования. Космический аппарат Вояджер 1 застал 8 активных извержений. Через 4 месяца Вояджер 2 обнаружил, что 7 из них еще продолжают извергаться.
Ио имеет тонкую атмосферу,
состоящую из диоксида серы и, возможно,
некоторых других газов. Но в вулканических
выбросах на Ио нет воды и водяных паров, а именно
вода составляет основную часть вулканических
выбросов на Земле. Этим Ио сильно отличается от
других галилеевых спутников, которые в
значительной своей части состоят из водяного
льда. Так, Ганимед и Каллисто на 50-60% состоят из
водяного льда. Плотность атмосферы Ио
ничтожна - в 10-100 млн раз меньше, чем у поверхности
Земли.
Одним из значительных открытий
Галилео было обнаружение ионосферы Ио на
большой высоте . Это открытие предполагает, что
атмосфера Ио изменяется во времени, состоит из
вулканического газа и находится на очень большой
высоте. Ионосфера есть область электрически
заряженного газа, который находится выше
некоторых планетных атмосфер. Приборы Галилео
обнаружили область с очень высокой плотностью
ионизированных кислорода, серы и диоксида серы
на высоте 900 км над Ио, которые должно быть
накачаны в эту область сильной вулканической
деятельностью.
Радиоизмерения Пионера 10 в 1973
году указывали высоту ионосферы от 50 до 100 км над
поверхностью. Никто не предполагал увидеть ее на
высоте 900 км над Ио. Различия между показаниями
Пионера и Галилео указывают на то, что атмосфера
и ионосфера Ио изменяются в зависимости от
вулканической активности Ио. Гравитационное
поле Ио, видимо, позволяет невидимому газу,
выброшенному из вулканов, достигать
чрезвычайных высот по сравнению с низкими
высотами, достигаемыми пылью и другими
вулканическими выбросами, которые отражают
солнечный свет и могут быть видны на фотографиях.
Один оборот вокруг планеты Ио совершает за 1.8 суток (42.5 часа). Ио движется на резонансной орбите, т.е. совершает два оборота за время обращения другого галилеева спутника - Европы, который в свою очередь также совершает два оборота за время обращения Ганимеда. Таким образом, периоды обращения спутников Ио и Европы находятся в резонансе 1 : 2, Ио и Ганимеда - в резонансе 1 : 4, т.е. в системе галилеевых спутников существует тройной резонанс 1 : 2 : 4. Подробнее о динамике галилеевых спутников...
| Среднее расстояние от Юпитера Период обращения Орбитальный эксцентриситет Наклон Средняя орбитальная скорость Период вращения |
421 600 км 1.769 сут = 42.5 часа 0.004 0.040 град 17.34 км/сек 1.769 сут |
К настоящему времени
разработаны три точные теории движения
галилеевых спутников Юпитера. Это теория Лиске,
изложенная в работах [1-3], и две теории В. Ленея
(V.Lainey). В отделе небесной механике ГАИШ переведены
на язык Си и адаптированы для применения все три
программы. Вычисление эфемерид для наблюдений
спутника на любой момент можно провести на сайте отдела небесной
механики ГАИШ.
Юпитер своим мощным тяготением
создал два приливных горба на поверхности Ио,
которые затормозили вращение спутника таким
образом, что Ио всегда обращена к Юпитеру одной
стороной. Период обращения Ио вокруг планеты 1.769
сут в точности совпадает с периодом вращения Ио
вокруг своей оси, который также равен 1.769 сут.
Рекомендуемые величины для
направления на северный полюс вращения и первый
меридиан спутников Юпитера ( 1994, IAUWG ) [4].
Прямое восхождение и склонение
являются стандартными экваториальными
координатами на экваторе J2000 на эпоху J2000.
Координаты северного полюса неизменной
плоскости
=
273°.85,
= 66°.99.
Т - интервал в юлианских столетиях (по 36525 дней) от
стандартной эпохи,
d - интервал в днях от стандартной эпохи,
Стандартная эпоха 1.5 января 2000, т.е.
2451545.0 TDB
| Период вращения (сут) |
Прямое восхождение северного полюса (град) |
Склонение северного полюса (град) |
Первый меридиан (град) |
| 1.769138 | 268.05 - 0.009 T + 0.094 cos J3 + 0.024 sin J4 |
64.50 + 0.003 T + 0.040 cos J3 + 0.011 cos J4 |
200.39 + 203.4889538 d -0.085 sin J3 - 0.022 sin J4 |
где J3 = 283.°90 +4850.°7 T,
J4 = 355.°80 + 1191.°3 T.
 |
Общий вид Ио |
 |
Три полных цветных диска Ио показаны в преувеличенном цвете, чтобы подчеркнуть детали поверхности (июнь 1996). |
 |
Извержение вулкана на Ио |
 |
Изменение вулканической деятельности на Ио |
Автор: Уральская В.С.
e-mail ural@sai.msu.ru