Аппарат «Юнона», принадлежащий американскому космическому агентству NASA, в первый раз провел измерения температуры подповерхностного слоя Ио – спутника Юпитера. Этот небесный объект известен как самый активный вулканически мир во всей Солнечной системе. Собранные сведения продемонстрировали существенное повышение температуры на небольшой глубине грунта и указали на то, что большая часть его поверхности неожиданно ровная и сформирована из вещества с крайне низкой плотностью.

Научная работа, представленная в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, предоставляет новые перспективы для изучения вулканических тел и ледяных миров за пределами нашей планеты. Информация была собрана во время двух прохождений «Юноны» на небольшом расстоянии от Ио.

Интенсивная вулканическая деятельность на Ио является следствием приливного нагрева. Гравитационное воздействие Юпитера постоянно деформирует спутник, растягивая и сжимая его в процессе движения по эллиптической траектории. Это приводит к выделению внутрь Ио значительно большего количества тепловой энергии, чем на Земле.

Ранее почти все данные о тепловом потоке Ио получали посредством инфракрасных наблюдений, которые позволяют фиксировать лишь температуру самой поверхности. Новые результаты основаны на информации от микроволнового радиометра MWR, который установлен на космическом аппарате «Юнона».

«Радиометр Juno, работающий в микроволновом диапазоне, непосредственно зафиксировал тепловое излучение Ио, что позволило увидеть структуру под его внешней оболочкой. «Это открытие открывает уникальные перспективы», — отметил Скотт Болтон, один из авторов научной работы и руководитель миссии Juno от Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио.

По мнению специалиста, такая возможность детального изучения внутреннего строения каменистого спутника имеет большое значение не только для понимания процессов на Ио, но и для исследования вулканической активности на Земле. Применение подобного инструмента рядом с земным вулканом могло бы выявить температурные изменения под поверхностью и предоставить дополнительные данные о внутренних процессах.

Первоначально микроволновый радиометр «Юнона» был разработан для исследования газовой оболочки Юпитера. Его шесть антенн, функционирующих как комплексный научный прибор, параллельно фиксируют излучение в широком спектре частот — от 1,3 до 51 сантиметра.

Использование различных длин волн дает возможность исследовать разные слои атмосферы. В рамках расширенной исследовательской программы данный инструмент уже применялся для изучения трех спутников Юпитера – Ганимеда, Европы и Ио.

«Использование различных длин волн позволяет исследовать разные глубины, открывая новые возможности в изучении глубоких слоев атмосферы газовых гигантов а также структуры подповерхностных областей ледяных и каменных спутников. », — отметил Болтон.

При анализе данных с Ганимеда и Европы ученые смогли заглянуть на десятки километров под ледяную корку, полагая, что она преимущественно состоит из льда воды. Однако изучение вулканических пород Ио стало неожиданным результатом.

Во время прохождения рядом со спутником 30 декабря 2023 года и 3 февраля 2024 года космический аппарат «Юнона», использующий энергию Солнца, приблизился к его поверхности на расстояние около 1500 километров.

Тепловой поток с поверхности Ио был зафиксирован прибором на разных глубинах – от нескольких сантиметров и до пары метров. Анализ показал, что температура возрастает более чем на 22 градуса Цельсия уже через небольшое погружение в грунт.

Шеннон Браун, ведущий исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА, отметила, что наблюдаемый перепад температур намного сильнее, чтобы его можно было объяснить исключительно воздействием солнечного света.

Собранные сведения предоставляют два вероятных сценария. Согласно первому варианту, тепло передается через верхний слой вещества посредством кондукции. Этот базовый поток тепла колеблется от 1 до 3 ватт на квадратный метр и в отдельных местах не является существенным.

Тем не менее, суммарная энергия, выделяемая спутником, может превышать средний тепловой поток с Земли примерно в тридцать раз. Альтернативная версия предполагает, что прибор фиксировал остывающие лавовые образования, скрытые под слоем застывшей коры толщиной от 9 до 11 метров.

Согласно расчётам специалистов, подобные области способны занимать приблизительно десять процентов общей площади Ио.

«Ио предоставляет исключительную возможность для изучения принципов приливного нагрева – ключевого фактора, обеспечивающего энергией и теплом планеты, расположенные на значительном удалении от своих светил. », — сказал Болтон.

По мнению эксперта, этот процесс способен не только объяснять высокую вулканическую активность Ио, но также поддерживать существование океанов под ледяной поверхностью спутников газовых гигантов, таких как Европа и Ганимед.

Ранее исследователи могли фиксировать тепловые потоки, исходящие с поверхности Ио или возникающие в результате вулканических извержений. Полученные недавно данные дают возможность впервые проанализировать механизмы переноса тепла от глубин спутника к его внешней оболочке.

Значительным открытием стало то, что поверхность Ио оказалась неожиданно ровной. Несмотря на ранее известную гористую местность спутника, измерения с микроволнового радиометра выявили обширные участки без рельефа площадью более ста километров.

Аппарат Juno совершал пролёты над перекрывающимися областями Ио под различными углами зрения. Это дало возможность ученым анализировать отражение микроволнового излучения от поверхности, что по аналогии с наблюдением за океаном из самолета позволяет увидеть блики только при определенных ракурсах.

«Равнинная зона на Ио больше похожа на Великие равнины Северной Америки. Хотя это каменистое небесное тело, его верхний слой обладает крайне низкой плотностью и по составу напоминает пемзу или рыхлый вулканический пепел, а не твердую скальную породу. », — отметил Браун.

Следовательно, новые данные, полученные Juno, демонстрируют, что Ио – это не только мир с интенсивной вулканической активностью. В его глубине сохраняется мощный поток тепла, и значительная часть внешней оболочки спутника может быть сформирована из крайне легкого и пористого материала вулканического происхождения.

Исследование опубликованоСогласно публикации в научном издании Journal of Geophysical Research: Planets.