Ио (спутник) — различия между версиями

Версия 10:06, 30 марта 2017

Возможное внутреннее строение: ядро, состоящее из железа или сульфида железа (выделено серым цветом), силикатная кора (выделено коричневым) и частично расплавленной силикатной мантией между ними (выделено оранжевым).

Ио (Io) — спутник Юпитера^[1].

Общие сведения

Диаметр — 3642 км (4 по величине спутник в Солнечной системе, крупнее только Ганимед, Титан и Каллисто), его размеры — 3 660,0 × 3 637,4 × 3 630,6 км, средний радиус — 1 821,3 км (0,286 земного, на 5 % больше среднего радиуса Луны), площадь поверхности — 41 910 000 км², масса — 8,9319·10²² кг (на 21% больше, чем у Луны), средняя плотность — 3,528 г/см³, ускорение свободного падения на экваторе — 1,796 м/с² (0,183 g), первая космическая скорость — 1,809 км/с, экваториальная скорость вращения — 271 км/ч. Альбедо = 0,63 ± 0,02.

Относится к группе галилеевых спутников (вместе с Европой, Ганимедом и Каллисто, причём является самым близким из них спутником Юпитера (однако, ещё ближе к планете находятся 4 более мелких спутника). Орбита Ио находится на расстоянии 421 700 км от центра Юпитера и в 350 000 км от верхнего слоя облаков этой планеты. Ио делает оборот вокруг гигантской планеты всего за 42,5 часа. Спутник находится в орбитальном резонансе 2:1 с Европой и 4:1 с Ганимедом, то есть успевает обернуться вокруг планеты 2 раза за время 1 оборота Европы и 4 раза — за время 1 оборота Ганимеда. Этот резонанс поддерживает эксцентриситет орбиты Ио (0,0041), что является главной причиной большой геологической активности Ио. Как и другие галилеевы спутники, Ио — синхронный спутник: он обращён к Юпитеру всегда одним полушарием.

Имеет форму эллипсоида, большая ось которого направлена в сторону Юпитера.

Спутник играет существенную роль в формировании магнитного поля Юпитера. Магнитосфера этой планеты вбирает в себя газы и пыль из тонкой атмосферы спутника со скоростью 1 т в секунду. Данная материя состоит преимущественно из ионизированной и нейтральной серы S, кислорода O и хлора Cl; атомарного натрия Na и калия K; молекулярного диоксида серы SO₂ и серы S; и пыли хлорида натрия NaCl. Эти вещества выбрасываются вулканами спутника, попадают в её атмосферу, а затем — в юпитерианскую магнитосферу и, реже, в межпланетное пространство, и оказывается в разных нейтральных облаках и радиационных поясах магнитосферы Юпитера, а иногда покидает пределы системы этой планеты.

Температура поверхности от 90 K (-183,15 °C) до 130 K (-143,15 °C); в среднем — 110 K (-163,15 °C).

Возраст Ио составляет около 4,5 миллиарда лет.

Внутреннее строение

В отличие от большинства спутников газовых планет, содержащих много льда, Ио преимущественно состоит из силикатов (силикатных пород) и железа Fe — как и планеты земной группы. Плотность Ио равна 3,5275 г/см³, что больше, чем у других галилеевых спутников, Луны, и других спутников в Солнечной системе. Модели, составленные по измеренным «Вояджерами» и «Галилео» массе, радиусу и коэффициентам гравитационного квадруполя (числа, описывающие распределение массы в пределах объекта), указывают на то, что Ио расслоена на ядро из железа или сульфида железа FeS и кору с мантией, богатой силикатами. Металлическое ядро составляет около 20% массы спутника. Радиус ядра Ио зависит от содержания серы: если оно состоит из чистого железа, радиус лежит в пределах 350—650 км, если же оно состоит из соединений железа и серы — то в пределах 550—900 км. У спутника нет собственного магнитного поля, следовательно, в железном ядре Ио нет конвекции.

Геологическая активность

Является самым геологически активным телом Солнечной системы, на нём находится более 400 действующих вулканов. Эта активность обусловлена периодическим нагревом недр спутника в результате трения, которое происходит, скорее всего, из-за приливных гравитационных воздействий со стороны Юпитера, Европы и Ганимеда. У некоторых вулканов выбросы серы и диоксида серы настолько сильны, что поднимаются на высоту 500 км.

Атмосфера Ио

Атмосфера на 90% состоит из диоксида серы SO₂.

Спутник окружает атомарное облако из серы S, кислорода O, натрия Na и калия K, которое тянется до расстояния от её поверхности, равного примерно 6 её радиусам. Эти элементы приходят из верхних слоёв атмосферы Ио. Они возбуждаются из-за столкновений с частицами плазменного тора и других процессов в сфере Хилла Ио, где её сила тяжести преобладает над юпитерианской. Часть всей этой материи покидает атмосферу и выходит на орбиту вокруг Юпитера. В течение 20 часов эти частицы покидают сферу Хилла Ио и формируют бананообразное нейтральное облако, которое способно распространяться на расстояние до 6 радиусов Юпитера от Ио — или внутри орбиты Ио и перед спутником, или вне орбиты Ио и позади спутника. Столкновения, которые возбуждают частицы, также иногда снабжают электронами ионы натрия в плазменном торе, и образовавшиеся нейтральные атомы вылетают из тора. Но эти частицы всё ещё сохраняют свою скорость в 70 км/с (орбитальная скорость спутника — 17 км/с) и образуют струи вещества позади спутника.

Изучение и возможная колонизация

Спутник был открыт 8 января 1610 года Галилео Галилеем.

3 декабря 1973 года и 2 декабря 1974 года «около» спутника пролетали КА «Пионер-10» и «Пионер-11». Удолась уточнить массу Ио; оказалось, что он имеет самую большую среди галилеевых спутников плотность и состоит из силикатных пород, а не водяного льда. Был обнаружен тонкий слой атмосферы спутника и интенсивный радиационный пояс возле её орбиты.

В 1979 году мимо Ио пролетели зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2», обнаружившие вулканическую активность на спутнике.

В 1992 году, приближаясь к Юпитеру, космический аппарат «Улисс» зафиксировал поток пылевидных частиц, направленный из системы Юпитера. Пыль в таких потоках удаляется от Юпитера на скоростях в несколько сот км в секунду, имеет размер примерно 10 μm и состоит преимущественно из хлорида натрия NaCl.

В 1995 году системы Юпитера достиг КА «Галилео»,который стал свидетелем крупного извержения патеры Пиллана и смог подтвердить, что выбросы вулканов состоят из силикатной магмы, богатой магнием и имеющей основной и ультраосновной состав.

В декабре 2000 года КА «Кассини» прошёл недалеко от системы Юпитера по пути к Сатурну. Был был обнаружен новый шлейф на патерах Тваштара и лучше понято сияние Ио. Были получены новые данные о плазменном торе, формируемом Ио. Тор состоит из ионизованных атомов и молекул серы с примесью других веществ. Меридиональное сечение тора имеет форму эллипса со сравнимыми осями.

28 февраля 2007 года мимо спутника пролетел КА «Новые горизонты», получивший новые данные и снимки.

Гипотетическая колонизация Ио маловероятна из-за вулканической активности и мощной радиации.

Источники