Тепловое излучение Ио было сильно недооценено

Фото из открытых источников

Ио — мир крайностей. Это, безусловно, самый вулканически активный мир в нашей Солнечной системе. Постоянное сжатие в бесконечной борьбе между Юпитером и его более крупными спутниками неизбежно приводит к такому результату для луны. В результате на Ио образовалось более 400 «патер» — вулканических впадин, извергающих лаву на её поверхность. И, согласно новой статье, доступной в препринте на arXiv и использующей данные инструмента Jupiter InfraRed Auroral Mapper (JIRAM) космического аппарата Juno, мы на протяжении десятилетий значительно недооценивали мощность этих патер.

Патеры Ио также можно рассматривать как, по сути, лавовые озера. Эти озера можно разделить на два основных компонента, по крайней мере, с точки зрения термического воздействия. Во-первых, это «центральная» часть лавового озера, которая действует подобно «коре», образующейся над лавой, которая достаточно долго находилась в таком состоянии. Хотя они по-прежнему термически активны — со средней температурой, как правило, в диапазоне 220–230 К — они гораздо холоднее своих раскаленных аналогов.

Вокруг центральной коры образуется обжигающе горячая область, температура которой может достигать 900 К. На первый взгляд, может показаться непонятным, почему внешние участки этих вулканов горячее, чем их центральное ядро. Но это объясняется тем, что центральная кора действует как охлаждающая «крышка» для расплавленной внутренней части самого вулкана. Когда лава подвергается воздействию вакуума поверхности Ио, она быстро начинает затвердевать. Постоянно затвердевая на протяжении эонов, кора утолщается, создавая изолятор между вакуумом космоса и бурлящей расплавленной лавой под ним.

Однако на периферии эта корковая оболочка еще не успела сформироваться. Активная магма, достигающая этого участка, еще не успела остыть, а в некоторых случаях может даже двигаться непосредственно за счет «поршневого» движения, которое и вызывает извержения вулканов. Дополнительное перемешивание лавы под поверхностью (подобно тому, как это происходит на Земле) может выталкивать самую горячую магму к краям.

Одна из важнейших особенностей движущейся лавы — это её суммарная тепловая мощность. Предыдущие оценки этого значения основывались на данных инфракрасных камер, работающих в одном диапазоне длин волн — «М-диапазоне». Проблема в том, что М-диапазон очень хорошо улавливает «горячие точки», такие как периферийные кольца, но практически не обнаруживает центральную корку патер.

Несмотря на гораздо более низкую температуру, сами коровые области намного, намного массивнее периферийных колец. В результате их общая тепловая мощность также намного выше, несмотря на то, что поверхность «холоднее». Оценки, представленные в статье, показывают, что текущие предположения об общей тепловой мощности Ио отличаются на целый порядок.

В исследовании рассматривались только 32 из 400 патеров Ио, и один из них особенно выделялся как подходящий объект для тестирования. Известный как P63, он, по оценкам, излучает около 7 гигаватт тепловой энергии, хотя в некоторых моделях эта цифра может достигать 20 гигаватт. Однако, используя обновленные данные JIRAM, которые также отражают тепловую мощность низкотемпературных участков земной коры, оценка мощности достигает колоссальных 80 ГВт.

Помимо обновления оценок мощности Ио, полученные данные позволили исследователям рассчитать приблизительный «возраст обновления» самих корок. Подставив температуру корок в модель теплового охлаждения, они обнаружили, что корка с температурой 200 К будет иметь возраст около 13 лет, а статистические модели определили характерный временной масштаб обновления порядка десятилетия (8–10 лет).

Однако это вызывает вопрос. У нас есть визуальные изображения Ио, полученные с помощью «Вояджера» в 1979 году, «Галилео» в 1990-х годах и «Юноны» сейчас. За время получения этих изображений не наблюдается каких-либо заметных изменений в морфологии озера. Это поднимает вопрос: если мы ожидаем, что поверхность будет меняться примерно каждые десять лет, почему мы фактически не наблюдали этих изменений за те периоды, в течение которых мы изучаем этот самый активный спутник?

Справедливости ради, в статье остаются и другие вопросы без ответа: сам прибор JIRAM не может составить карту фактической площади коры, использованной в анализе, поэтому авторы опирались на более старые данные Voyager и Galileo, разрешение которых, безусловно, не такое высокое, как у современных приборов. Кроме того, экстраполяция общего увеличения выходной мощности на все патерии на Ио может быть натяжкой — многие из них не являются «лавовыми озерами», поэтому у них не будет такой же разветвленной тепловой структуры, как у тех, которые рассматривались в этом исследовании.

Но еще есть время, чтобы прояснить оставшиеся вопросы — «Юнона» планирует продолжить свою расширенную миссию по исследованию Юпитера и его спутников, поэтому, возможно, JIRAM или другой из ее приборов сможет рассказать о них больше. На данный момент ясно, что этот активный маленький спутник все еще хранит множество тайн, которые нам предстоит открыть.