Przejdź do treści

Io jest kilkukrotnym rekordzistą wśród księżyców Układu Słonecznego. Przejawia największą aktywność geologiczną, ma największą średnią gęstość materii, a także jest najsuchszym obiektem w całym Układzie Słonecznym. Niektórzy ze względu na jego wygląd nazywają go księżycem-pizzą.

 Fotografia przedstawiająca Io

Fotografia Io wykonana przez sondę Galileo. Źródło: NASA/JPL.

Jest jednym z czterech księżyców, które odkrył Galileusz w styczniu 1610 r. za pomocą swojej lunety. Nazwę nadał mu (jak i pozostałym księżycom Galileusza) niemiecki astronom Simon Marius, który również rościł sobie miano odkrywcy tych księżyców. Ostatecznie to Galileusz przeszedł do historii jako wielki odkrywca, a Mariusowi pozostało „na pocieszenie” nazewnictwo czterech księżyców (oficjalnie zaakceptowane dopiero wiele dekad później). W ten sposób pierwszy księżyc Jowisza, jak go przez długi czas nazywano (Jowisz I), otrzymał oficjalną nazwę Io, na cześć jednej z kochanek Zeusa.
 
Io okrąża Jowisza w ciągu 42,5 godzin po orbicie o średnim promieniu 421,7 tys. kilometrów. Satelita pozostaje w rezonansie orbitalnym z sąsiednimi księżycami – Europą oraz Ganimedesem, co podtrzymuje nieznaczną ekscentryczność jego orbity wywołując wzmożone procesy pływowe. Na jedno okrążenie Io, przypadają dwa okrążenia Europy oraz cztery okrążenia Ganimedesa. Siły powodowane przez ten rezonans oraz oddziaływanie samego Jowisza dostarczają ogromnej energii księżycowi, co powoduje pływy powierzchni Io dochodzące do 100 metrów. W wyniku tych procesów jego wnętrze pozostaje w dużej mierze płynne przyczyniając się do bardzo dużej aktywności wulkanicznej.

Obecność Io podwaja rozmiar pola magnetycznego Jowisza, ponieważ ruch księżyca odbywa się w silnym polu generowanym przez planetę, a sam księżyc z tego powodu działa jak wielki generator prądu. Magnetosfera Jowisza wymiata zjonizowane atomy i cząstki z atmosfery Io w ilości tony na sekundę, które następnie uciekają w kierunku magnetosfery Jowisza bądź uciekają w przestrzeń międzyplanetarną. Dodatkowo, wokół samego Io oraz wzdłuż części jego orbity formuje się chmura z neutralnych atomów, przybierająca kształt przypominający banana. Sam księżyc nie generuje własnego pola magnetycznego, jednak wpływ magnetosfery Jowisza oraz działalność wulkaniczna na księżycu powodują, że Io jest jednym z najmniej przyjaznych człowiekowi obiektów w Układzie Słonecznym. Księżyc posiada śladową atmosferę, złożoną głównie z gazów i pierwiastków pochodzących z wybuchów wulkanów (ditlenek siarki, tlenek siarki, sól, siarka,tlen). W wyższych partiach atmosfera złożona w znacznej mierze z jonów rozgrzewa się nawet do 1800 stopni Kelwina.
 
Io ma średnicę przekraczającą 3600 kilometrów, więc jest nieco większy od Księżyca. Dodatkowo posiada o 21% większą o niego masę, głównie ze względu na inną budowę wewnętrzną, co przekłada się na większą średnią gęstość (3,53 g/cm3 w porównaniu do 3,34 g/cm3 Ksieżyca). Pod względem budowy bardziej przypomina skaliste planety niż inne galileuszowe księżyce, które zbudowane są głównie z krzemianów i wodnego lodu. Tym co tak wyróżnia Io jest jego metaliczne jądro, zbudowane niemal w całości z żelaza, które stanowi 20% masy księżyca. Mimo tak ukształtowanego jądra, dotychczas nie udało się zaobserwować wewnętrznego pola magnetycznego, więc uważa się, że nie przebiegają w nim procesy konwekcji. Według różnych szacunków promień jądra Io wynosi od 350 do nawet 900 kilometrów. Kolejną warstwą wewnętrzną jest płaszcz zbudowany w ponad 75% z forsterytu, krzemianu bogatego w magnez. Cechą charakterystyczną płaszcza Io jest występowanie płynnego oceanu magmy, który znajduje się na głębokości 50 km pod powierzchnią osiągając grubości ok. 50 kilometrów i temperaturę dochodzącą do 1200 stopni Celsjusza. Ostatnia warstwę stanowi skalna skorupa o grubości od 12 do 40 kilometrów.

Schemat budowy wewnętrznej Io

Schemat budowy wewnętrznej Io, z zaznaczonym jądrem (na żółto), płaszczem (brąz) i skorupą (na pomarańczowo). Źródło: Wikimedia.

Porównanie wielkości Io z Księżycem i Ziemią

Porównanie Io z Ziemią i Księżycem. Źródło: NASA/JPL

Wskutek aktywności wulkanicznej powierzchnia Io posiada urozmaicony kolor, zależny głównie od składników wyrzucanych przez wulkany. Ponieważ księżyc nie posiada gęstej atmosfery, która powodowałaby wiatry, składniki te wyrzucane na wysokość do 500 kilometrów opadają na powierzchnię Io, otaczając wulkany centrycznymi wzorami. Przykładem takiej struktury jest pierścień wokół wulkanu Pele. W odróżnieniu od wielu innych księżyców,  na Io nie występują niemal wcale żadne kratery uderzeniowe. Jest to dowodem na młody wiek powierzchni księżyca, która cały czas pokrywana jest przez lawę i inne składniki wybuchu ponad setki aktywnych wulkanów. Charakterystyczną cechą jest zanikanie tych wulkanów i pojawianie się nowych w innych miejscach. Innymi formami terenu związanymi w wulkanizmem są kanały lawowe, depozycje lawy oraz obszary podobne do ziemskich kalder nazywane paterae. Są to zagłębienia w terenie o szerokości kilkudziesięciu kilometrów, a największe z nich Loki Patera ma 202 kilometry średnicy. Nie wiadomo do końca w jaki sposób powstają, ponieważ w odróżnieniu do podobnych formacji występujących na Marsie lub Ziemi, nie powstają one na szczytach wulkanów tarczowych.

Przykład zmian na powierzchni Io z powodu erupcji na obszarze Pillan Patera. Fotografia wykonana przez sondę Galileo w 1997. Źródło: NASA/JPL.

Badacze wyróżniają na powierzchni Io także wielkie obszary odróżniające się od pozostałych jaśniejszą barwą. Nazywane są mianem regio i w większości przypadków pokryte są zamarzniętym dwutlenkiem siarki, co może sugerować, że obszary te są chłodniejsze od pozostałych. Oprócz tego typu formacji wyróżnić można również ponad setkę łańcuchów górskich, z których najwyższy ma prawie 18 kilometrów (południowa część Boosaule Montes), a najdłuższy ponad 800 kilometrów (Nemea Planum). Średnio jednak nie przekraczają 6 km wysokości i 160 km długości. Dotychczas Międzynarodowa Unia Astronomiczna oficjalnie zaakceptowała nazwy dla ponad 200 wulkanów, gór i innego rodzaju form powierzchni na Io.

Przykład gór na Io

Góry Mongibello Mons (na zdjęciu po lewej) osiągające wysokość ponad 8 kilometrów. Źródło: NASA/JPL.
 
Od odkrycia Io do końca XIX wieku księżyc pozostawał dla astronomów jedynie jasnym, przypominającym gwiazdę punktem. Później, w dobie rozwoju teleskopów, poszczególni badacze zauważali coraz więcej szczegółów jego powierzchni. Poprawiano również szacunki odnośnie jego masy, średnicy i co za tym idzie gęstości. Pierwsze dane pochodzące z sond kosmicznych przesłane zostały dzięki misjom Pioneer 10 oraz Pioneer 11 (rozpoczętym odpowiednio w grudniu 1973 oraz grudniu 1974). Pierwsza z nich przekazała dowody na istnienie cienkiej atmosfery wokół Io, z kolei druga po raz pierwszy przesłała fotografię powierzchni księżyca (zdjęcie było niskiej jakości). Kolejna eksploracja Io odbyła się dzięki sondom Voyager 1 oraz Voyager 2, które wystrzelone zostały w 1977 roku. Zawierały na swoim pokładzie znacznie bardziej zaawansowaną aparaturę niż sondy Pioneer, co pozwoliło na zebranie bardziej szczegółowych danych. Przesłane zdjęcia umożliwiły rozpoznanie m.in. kilku zaskakujących cech i zjawisk na powierzchni Io: dowodów aktywności wulkanicznej, zmian w wyglądzie powierzchni oraz braku kraterów uderzeniowych.

Zdjęcie Io wykonane przez Voyager1

Mozaika zdjęć południowej półkuli Io wykonana przez sondę Voyager 1. Źródło: NASA/JPL/USGS.

Następną sondą, która dotarła do Io była Galileo, wysłana w celu zbadania całego systemu Jowisza. Mimo pewnych problemów związanych z awariami sondy udało się uzyskać pewne przełomowe dane, dzięki którym m.in. stwierdzono obecność żelaznego jądra w głębi Io oraz wyjaśniono szereg aspektów związanych z aktywnością wulkaniczną księżyca (np. skład materii wyrzucanej przez wulkany). Dodatkowo, sonda Galileo przesłała wiele wysokiej jakości zdjęć, co pozwoliło na utworzenie szczegółowej mapy księżyca i wyszczególnienie licznych struktur na powierzchni Io. Po zakończeniu misji przez Galileo w 2003 r. trwał monitoring aktywności wulkanicznej na księżycu z umieszczonych na ziemi i w przestrzeni kosmicznej teleskopów, w szczególności teleskopu Hubble’a oraz teleskopu Kecka z obserwatorium Mauna Kea na Hawajach. Dodatkowe dane dotyczące Io uzyskane zostały w 1999 r. dzięki sondzie Cassini, zmierzającej w stronę Saturna oraz w 2007 r., kiedy sonda New Horizons w drodze do Plutona przeleciała w odległości 2 milionów kilometrów od księżyca.

Obecnie planowana jest misja mająca na celu szczegółowe zbadanie wulkanizmu na Io. Nosi nazwę Io Volcano Observer (IVO), a jej przylot do systemu Jowisza nastąpi nie wcześniej niż w 2026 r. We wcześniejszym terminie otrzymamy nieco danych dotyczących Io, które zostaną zebrane przy okazji misji Juno, mającej na celu zbadanie właściwości fizycznych Jowisza (planowane przybycie w lipcu 2016).
 
Ciekawostki:

  • W 2013 r. wybuch jednego z wulkanów na Io wyzwolił energię 20 TW, tj. był 10 tys. razy silniejszy od wybuchu islandzkiego wulkanu Eyjaftjallajökull w 2010 r. 
  • Io był drugim księżycem ze wszystkich księżyców planet zewnętrznych, na którym wykryto atmosferę. Pierwszym był Tytan, księżyc Saturna.
  • Io można bez problemu zobaczyć zwykła lornetką, a nawet nieuzbrojonym okiem (pod ciemnym niebem).
  • Układ Jowisz-Io emituje silne fale radiowe.
  • Na Io występują zorze polarne. Jednak nie są one powodowane przez wiatr słoneczny, a także w przeciwieństwie do innych obiektów, gdzie zjawiska te występują w pobliżu biegunów, zorze na Io pojawiają się głównie nad jego równikiem.
  • Io jest wielokrotnie wspominana w literaturze i filmach science fiction oraz w grach komputerowych.

 

Grzegorz Iwanicki