Naukowcy od dawna zastanawiali się, jak na najbardziej wewnętrznym księżycu Jowisza, Io, powstały wijące się grzbiety, które są tak wspaniałe jak te, które można zobaczyć w filmach takich jak „Diuna”. Nowe badania pokazują, w jaki sposób wydmy mogą tworzyć się nawet na powierzchni tak lodowatej i aktywnej, jak Io.
Misja Galileo, która trwała od 1989 do 2003 roku, przyniosła tak wiele naukowych odkryć, że badacze do dziś analizują zebrane przez nią dane. Misja ta umożliwiła stworzenie pierwszych szczegółowe map księżyców Jowisza. Naukowcy zauważyli m.in. wysoki stopień aktywności wulkanicznej na Io. Ten księżyc jest najbardziej aktywnym wulkanicznie ciałem w Układzie Słonecznym, a jego powierzchnia odmładza się w rekordowym tempie.
Badanie opublikowane niedawno w czasopiśmie „Nature Communications”, dotyczące fizycznych procesów opisujących ruch ziaren (takich jak np. ziarna piasku) w połączeniu z analizą obrazów z czternastoletniej misji sondy Galileo pokazuje, że może istnieć mechanizm, dzięki któremu ziarna piasku na Io mogą się przemieszczać, a co za tym idzie – mogą tam tworzyć się wydmy. To pokazuje, że Io może być nowym „światem wydmowym”.
Obecna wiedza naukowa wskazuje, że wydmy ze swej natury są wzgórzami lub grzbietami piasku unoszonymi przez wiatr. W rezultacie naukowcy w poprzednich badaniach, opisujących powierzchnię Io jako zawierającą pewne cechy podobne do wydm, dochodzili do wniosku, że grzbiety te nie mogą być wydmami, ponieważ siła wiatru na Io jest słaba ze względu na niską gęstość atmosfery tego księżyca. Przyjmując 0,1 nbar jako reprezentatywne ciśnienie atmosferyczne na Io, szacowano że aby przenieść ziarna materii na tym księżycu, potrzeba by wiatru wiejącego z prędkością 20 km/s. To wielkość dwa rzędy wielkości większą niż prędkość wiatrów faktycznie tam wiejących, która wynosi około 300 m/s. Stwierdzając, że eoliczne pochodzenie tych cech jest niemożliwe, sugerowano ich formowanie przez siły pływowe.
Na ilustracji: Formacje mogące być wydmami na księżycu Jowisza, Io. Analiza wskazuje, że ciemne obszary (na dole po lewej) to świeże strumienie lawy, podczas gdy powtarzające się, przypominające linie cechy dominujące na obrazie to prawdopodobnie wydmy. Jasne, białe obszary mogą być nowo przemieszczonymi ziarnami materii, jako że przepływająca lawa powoduje odparowanie znajdujących się blisko szronów dwutlenku siarki. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Rutgers
Nowsze badania pokazały jednak, że w pobliżu kominów wulkanicznych może lokalnie występować znacznie gęstsza atmosfera i że nie można całkowicie wykluczyć eolicznego pochodzenia obserwowanych grzbietów. Jako cechy wydmowe wymieniano m.in. regularne rozstawy grzbietów i ich lekko meandrujący kształt. Wygląda zatem na to, że środowiska, w których znajdują się wydmy, są znacznie bardziej zróżnicowane niż klasyczne, niekończące się pustynne krajobrazy w częściach Ziemi lub na fikcyjnej planecie Arrakis w „Diunie”.
Powierzchnia Io jest mieszanką czarnych, zestalonych strumieni lawy i piasku, pokrytych „śniegiem” dwutlenku siarki. Naukowcy wykorzystali równania matematyczne, aby zasymulować siły działające na pojedyncze ziarno bazaltu lub szronu i obliczyć, po jakim torze będzie się ono poruszać. Kiedy lawa wpływa do dwutlenku siarki pod powierzchnią księżyca, na powierzchni tworzą się otwory wentylacyjne, przez które dochodzi do gwałtownego odgazowania materiału. Proces ten pozwala przemieścić ziarna materii na Io i prawdopodobnie umożliwia formowanie się obiektów o dużej skali, takich jak wydmy.
Na ilustracji: (a) Wykres fazowy dwutlenku siarki, SO2, z przejściami fazowymi przedstawionymi jako linie. Zaznaczono punkt potrójny (ang. triple point) i reprezentatywne warunki otoczenia podczas dnia na Io (ang. dayside ambient atmosphere). Zacienione pole wskazuje ciśnienie, które może być wywierane przez stały SO2 pokrywający badany obszar. Strzałki przedstawiają alternatywne ścieżki termodynamiczne następujące po interakcji lawy ze szronem SO2. (b) Geometria rozważanej interakcji lawa-SO2. Wszystkie jasnoszare obszary składają się z pary SO2, która odgazowuje po dotarciu do powierzchni. Źródło: McDonald G. D. i in. (2022)
Gdy badacze stworzyli model mechanizmu, dzięki któremu wydmy mogą się formować, przyjrzeli się zdjęciom powierzchni Io wykonanym przez sondę Galileo, aby uzyskać więcej dowodów. Odstępy między grzbietami i obserwowane przez nich stosunki wysokości do szerokości były zgodne z cechami wydm obserwowanymi na Ziemi i innych planetach.
Tak oto planetologia pozwala nam pogłębiać rozumienie Układu Słonecznego i całego Wszechświata.
Więcej informacji: publikacja “Aeolian sediment transport on Io from lava–frost interactions”, McDonald G. D. i in., Nature Communications 13, nr artykułu: 2076 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-29682-x
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Wulkan Tvashtar Catena na Io. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill
