Actieve vulkanen voeden de zwavelhoudende atmosfeer van Io

[univers]

Een samengesteld beeld van Io voor een Hubble Space Telescope-foto van Jupiter. De waarnemingen tonen voor het eerst pluimen van zwaveldioxide (geel) die opstijgen uit de vulkanen van Io. [Afbeelding met dank aan ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), I. de Pater et al .; NRAO / AUI NSF, S. Dagnello; NASA / ESA]

De atmosfeer op Jupiters maan Io is een heksenbrouwsel, voornamelijk samengesteld uit de zwavelhoudende uitademingen van meer dan 400 vulkanen die op het oppervlak staan.

Tot nu toe was het echter onduidelijk of vulkanen die hete zwaveldioxide (SO 2 ) uitspuwen de grootste bijdrage leveren aan de atmosfeer, of dat het hoofdbestanddeel de geaccumuleerde koude SO 2 is, waarvan een groot deel bevroren is aan het oppervlak, maar in zonlicht verdampt of sublimeert in de atmosfeer.

Nieuwe waarnemingen met de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) in Chili, geleid door astronoom Imke de Pater van de University of California, Berkeley, lossen die vraag gedeeltelijk op.

"Het was niet bekend welk proces de dynamiek in de atmosfeer van Io drijft", zei de Pater, een professor aan de Graduate School in de afdelingen astronomie en aard- en planeetwetenschappen aan UC Berkeley. “Is het vulkanische activiteit, of gas dat sublimeert van het ijskoude oppervlak wanneer Io in zonlicht staat? Wat we laten zien, is dat vulkanen eigenlijk een grote impact hebben op de atmosfeer. "

Als de meest vulkanisch actieve maan in ons zonnestelsel, biedt Io ("EYE oh") een laboratorium voor exotische omgevingen zoals niets op aarde. En omdat we Io niet kunnen onderzoeken, biedt de atmosfeer - ongeveer een miljard keer dunner dan de atmosfeer van de aarde - een venster op het kolkende binnenste van de maan en de interne magma-reservoirs die de vulkanen voeden.

Omdat er momenteel geen satelliet in de buurt is die de maan waarneemt - NASA's Juno-missie richt zich primair op Jupiter en zal in juli eindigen - moeten astronomen zoals de Pater vertrouwen op telescopen op aarde om de atmosfeer te onderzoeken. Ze observeert de atmosfeer van Io al 30 jaar met radiotelescopen zoals ALMA en optische en infraroodtelescopen, voornamelijk de Keck-telescopen op Hawaï.

Een verrassing van de nieuwe waarnemingen is dat de atmosfeer dramatisch onstabiel wordt wanneer Io elke 42 uur door de schaduw van Jupiter gaat terwijl deze rond de planeet draait. In een paper dat geaccepteerd is voor publicatie in het Planetary Science Journal , rapporteren de Pater en haar collega's dat de radio-emissies van zwaveldioxide (SO 2 ) gas exponentieel zijn gedaald toen Io op 20 maart 2018 werd overschaduwd door Jupiter, wat aangeeft dat de lagere atmosfeer - onder de 10 tot 20 kilometer hoogte - in wezen ingestort, snel bevroren op het oppervlak.


Deze video toont beelden van Jupiters maan Io in radio (verkregen door ALMA) en optisch licht (van de Voyager 1- en Galileo-missies) terwijl Io wordt overschaduwd door Jupiter en uit de eclips komt. Deze radiobeelden tonen voor het eerst pluimen van zwaveldioxide (in geel) die opstijgen uit de vulkanen op Io. [Video met dank aan ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), I. de Pater et al .; NRAO / AUI NSF, S. Dagnello; NASA]
Hoewel het oppervlak van Io altijd koud is - ongeveer 150 graden Celsius onder het vriespunt, of -230 F - brengt een verdere temperatuurdaling met enkele tientallen graden tot -270 F de temperatuur onder het vriespunt van SO 2 .

Toen de maan tijdens waarnemingen op 2 en 11 september 2018 weer tevoorschijn kwam uit de schaduw van Jupiter, keerde de koude zwaveldioxide-uitstoot binnen ongeveer 10 minuten terug.

"Zodra Io in het zonlicht komt, stijgt de temperatuur, en je zorgt ervoor dat al dit SO 2 -ijs in gas sublimeert, en je hervormt de atmosfeer in ongeveer 10 minuten tijd, sneller dan wat modellen hadden voorspeld," zei de Pater.

Ze merkte op dat niet alle koude SO 2 bevroren was toen de temperatuur in de schaduw van Jupiter daalde. Tijdens de zonsverduistering detecteerde ALMA naast overvloedig SO 2 -gas boven sommige vulkanen ook lage SO 2- niveaus in de atmosfeer van Io, wat suggereert dat veel onzichtbare vulkanen - zogenaamde stealth-vulkanen, omdat ze geen rook of andere deeltjes uitstoten die kunnen gemakkelijk te zien zijn - spuwen constant SO 2 in de atmosfeer die te warm blijft om te condenseren.

Er waren ook hints van stealth-vulkanisme in waarnemingen gerapporteerd door de Pater en haar collega's in juli, gebaseerd op Keck-waarnemingen. Ze zagen wijdverspreid zwavelmonoxide (SO) -gas in de atmosfeer - niet, zoals verwacht, alleen boven actieve vulkanen. Zoals de Pater in haar nieuwe artikel laat zien, wordt SO waarschijnlijk geproduceerd wanneer zonlicht de zwavel-zuurstofbinding verbreekt in SO 2 dat honderden kilometers boven het oppervlak is uitgestoten.

"De SO 2 die we zien met ALMA wanneer Io in eclips is, bevindt zich op een zeer laag niveau en we kunnen niet zeggen of dat stealth-vulkanisme is of wordt veroorzaakt doordat SO 2 niet volledig verdicht", zei ze. "Maar toen we met Keck naar de SO keken, kunnen we de SO-emissies, die wijdverspreid zijn aan de oppervlakte, alleen verklaren door dit stealth-vulkanisme, omdat excitatie van de SO een zeer hoge temperatuur vereist."

https://news.berkeley.edu/2020/10/21/ac ... tmosphere/