Ny undersøgelse sporer Ios vulkanske tidevand

Hundredvis af vulkaner markerer overfladen af ​​Io, den tredjestørste af Jupiters 78 kendte måner, og det eneste legeme i vores solsystem bortset fra Jorden, hvor udbredt vulkanisme kan observeres. Kilden til månens indre varme er radikalt anderledes end Jordens, gør månen til et unikt system til at undersøge vulkanisme.

En ny undersøgelse i AGU-tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve finder Ios mest magtfulde, vedvarende vulkan, Loke Patera, lysner på en lignende tidsskala til små forstyrrelser i Ios kredsløb forårsaget af Jupiters andre måner, som gentages på en cirka 500-jord-dages cyklus.

De nye resultater er overraskende, fordi vulkaner på Io ikke bryder ud i tide med større udsving i de langt større spændinger, der påføres Io under månens 1,77-jorddages kredsløb omkring Jupiter. Intern friktion fra disse spændinger genererer den varme, der driver Ios vulkaner, men fluktuerende spændinger i løbet af den korte periode af Ios kredsløb ser ikke ud til at presse magma til overfladen.

Den nye undersøgelse, som analyserede 271 nætters observationer af Loki Patera fra Hawaii's Keck og Gemini North teleskoper fra 2013-2018, og mere sporadiske observationer, der går tilbage til 1987, foreslår den blidere, 500-dages cyklus kan handle på den rigtige tidsskala for at flytte magma og bringe den til overfladen af ​​månen i et udbrud.

"Belastningerne på Ios indre varierer meget i løbet af den 1,77-dages bane, sagde Katherine de Kleer, en planetarisk videnskabsmand ved California Institute of Technology og hovedforfatter af det nye studie. "Så vidt nogen har været i stand til at fortælle, der er ingen variation i Ios vulkaner på denne 1,77-dages skala, så det er lidt kontraintuitivt, at vi ville se et svar over en længere periode, når ændringerne i stress er lavere."

At forstå denne dynamik kan give spor til Ios mystiske indre såvel som det indre af andre kroppe i solsystemet opvarmet af et fluktuerende tyngdekraftstræk, en effekt kaldet tidevandsopvarmning.

"Vi ved næsten intet om, hvordan Ios magmakamre og ledninger er, så Loki Pateras opførsel giver os et lille vindue til et område, hvor vi i øjeblikket ikke har nogen information, sagde de Kleer.

Månedans

Io har et varmt indre, fordi dets tætte kredsløb omkring Jupiter ikke er cirkulært. Månen sidder fast i en excentrisk bane, fordi den giver genlyd med Jupiters største måner, nabolandet Europa og Ganymedes, fanget mellem deres indflydelse og Jupiters massive tyngdekraft.

Europas kredsløb omkring Jupiter er dobbelt så lang som Ios, og Ganymedes kredsløb er dobbelt så lang som Europas. Denne 1:2:4-rytme betyder, at tyngdekraften fra de to andre måner gentages konsekvent, mens Io kredser om Jupiter.

Ios afstand fra Jupiter ændrer sig i løbet af dens elliptiske bane, så den oplever en anden mængde af Jupiters tyngdekraft, når den kredser om den massive planet. Jupiters og de andre måners skiftende træk strækker og komprimerer Io på sin to-dages bane omkring Jupiter. Dette genererer nok varme fra friktion i materialerne i månens indre til at smelte sten til magma.

Forskere, der studerer de mere end 400 vulkaner på Io, har ledt efter beviser for, at de går i udbrud på samme takt. En sådan udsving med den daglige kredsløb opstår på Saturns måne Enceladus, som har et underjordisk hav, der sprøjter ud gennem sprækker i månens frosne overflade. Vandgejsere på Enceladus blomstrer størst, når månen er længst væk fra Saturn, og sprækkerne, der stammer fra gejserne, bliver trukket op.

Men det nye studie fandt ikke bevis for, at Loki Patera holder samme tid som Ios to-dages kredsløb omkring Jupiter. I stedet, dens lysstyrke ser ud til at svinge på en lignende tidsskala som subtile forstyrrelser i Ios kredsløb.

Selvom orbital resonans med Europa og Ganymedes udøver de største tidevandseffekter på Io, nabomånerne fordrejer også en smule formen af ​​Ios kredsløb i cyklusser, der varer 480-484 dage og 461-464 dage. Loki Patera ser ud til at bryde ud på en cyklus, der ligner denne tidsramme, ifølge den nye undersøgelse.

Langsomt flow

De Kleer og hendes kolleger tror, ​​at de forskellige dynamikker på Io og Enceladus kan have at gøre med den måde, væsker bevæger sig gennem porer eller revner i klippen. Magma er mere som honning eller tandpasta end vand. Det reagerer ikke så hurtigt som vand på at klemme. Perioden for Ios kredsløb kan være for kort til, at tidevandseffekter i månens indre kan bryde ud på overfladen.

"Magmaen i Ios skorpe tager tid at flyde, " sagde Francis Nimmo, en geofysiker ved University of California Santa Cruz og medforfatter på det nye papir. "Hvis du klemmer og strækker skorpen hurtigt, intet sker; men hvis du klemmer og strækker det langsommere, magmaen har tid til at bevæge sig langt nok til at fylde en vulkansk ledning, forårsager et udbrud. Det ligner den måde, du kan løbe på vådt sand, men hvis du går langsomt synker dine fødder."

Det, forskerne lærer om tidevandsopvarmningseffekter fra at studere Io, kunne være anvendeligt på Europa og andre kroppe i hele solsystemet, der er tidevandsopvarmede, ifølge forfatterne af den nye undersøgelse.

"På andre verdener er det sværere at studere denne fundamentale planetariske proces, fordi den ikke genererer disse vulkaner, der er så lette at observere, " sagde de Kleer. "Io fungerer som et laboratorium for at få indsigt i denne proces, som derefter kan anvendes på andre måner i solsystemet."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et fællesskab af jord- og rumvidenskabsblogs, vært af American Geophysical Union. Læs den originale historie her.