Вулканы Ио расположены не там, где надо

Это говорит о том, что мы ещё очень плохо понимаем внутреннее строение этого спутника Юпитера. Спутник Юпитера Ио — наиболее вулканически активное тело в Солнечной системе: там сотни вулканов, и некоторые из них выбрасывают фонтаны лавы на высоту до 400 км.

Однако эта деятельность концентрируется вовсе не там, где должна, если верить моделям внутреннего нагрева луны.

Гигантский выброс магмы из вулкана Тваштар на Ио. Анимация составлена из пяти фотографий, сделанных космическим аппаратом New Horizons. (Здесь и ниже изображения NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute.)

Группа исследователей из НАСА и Европейского космического агентства пришла к такому выводу на основании данных космических аппаратов «Вояджер» и «Галилео». Проанализированы показания и других станций, а также наземных телескопов, но бóльшая часть информации о поверхности Ио исходит от этих двоих. Один из «Вояджеров» обнаружил вулканы на Ио в 1979 году. «Галилео» пролетал мимо спутника в 1999 и 2000 годах.

Ио — словно канат, который перетягивают мощный Юпитер и его спутники Европа и Ганимед. Притяжение последних сравнительно невелико, но точно выверено: Ио облетает планету вдвое быстрее Европы и вчетверо — Ганимеда. В результате гравитационного воздействия соседних спутников в одних и тех же местах орбита Ио приобрела овальную форму. Это, в свою очередь, заставляет Ио деформироваться то так, то эдак.

Например, когда Ио приближается к Юпитеру, гигантская планета искривляет её поверхность по направлению к себе, а затем, когда Ио отходит подальше, притяжение слабеет и луна может вздохнуть с облегчением. Такая деформация приводит к приливному нагреву точно так же, как вы можете нагреть участок проволоки, несколько раз согнув его. Трение во внутренней части спутника становится причиной выработки огромного количества тепла, что вызывает активный вулканизм.

Без ответа остаётся вопрос о том, как именно этот приливный нагрев действует на внутреннюю часть луны. Некоторые учёные полагают, что таким образом нагреваются самые глубокие недра, но преобладает мнение о том, что в основном нагрев происходит в относительно неглубоком слое сразу под корой — в астеносфере. Там порода ведёт себя подобно пластилину, медленно деформируясь под действием тепла и давления.

«Наш анализ поддерживает эту точку зрения, но в то же время мы обнаружили, что вулканическая деятельность расположена в 30–60° восточнее от того места, где мы ожидали её увидеть», — отмечает ведущий автор Кристофер Гамильтон из Мэрилендского университета (США) и Годдардовского центра космических полётов НАСА.

Г-н Гамильтон и его коллеги осуществили пространственный анализ с помощью новой геологической карты Ио, составленной Дэвидом Уильямсом из Университета штата Аризона (США) и его помощниками. Это самая полная опись вулканов Ио на сегодня, позволяющая изучить картину местного вулканизма в беспрецедентных деталях. Предположив, что вулканы расположены над местами наиболее интенсивного внутреннего нагрева, учёные протестировали ряд моделей внутреннего строения Ио, сравнив расположение вулканов с предсказанными участками приливного нагрева.

Почему же происходит смещение на восток? Возможные объяснения таковы: Ио вращается вокруг своей оси быстрее, чем мы думаем; внутреннее строение позволяет магме проходить значительное расстояние от места максимального нагрева к точке, где она сможет вырваться на поверхность; в моделях приливного нагрева чего-то не хватает — например, приливов в подповерхностном океане магмы.

Действительно, магнитометр «Галилео» в своё время обнаружил магнитное поле вокруг Ио, намекающее на существование такого океана, охватывающего весь спутник. Логично предположить, что магма проводит электричество и генерирует магнитное поле, перемещаясь под поверхностью Ио под действием силы притяжения Юпитера в процессе орбитального движения.

Только не надо думать, что он такой же жидкий, как земные океаны. По словам г-на Гамильтона, он скорее напоминает губку с менее чем 20-процентным содержанием силикатного расплава, текущего внутри своего рода «скелета» из медленно деформирующейся породы.

Приливный нагрев, по-видимому, несёт ответственность и за существование океанов жидкой воды под ледяной коркой Европы и Энцелада, спутника Сатурна. Поскольку жидкая вода — необходимый ингредиент жизни, некоторые исследователи не исключают того, что там могут находиться живые организмы — при наличии, конечно, подходящего источника энергии и прочего материала, без которого жизнь не жизнь. Эти миры чересчур прохладны для существования жидкой воды на поверхности, а потому лучшее понимание приливного нагрева поможет разобраться в том, каким образом он мог бы обеспечить жизнь даже в не самых гостеприимных местах Вселенной.

Кроме того, вулканизм на Ио настолько активен, что поверхность спутника полностью обновляется каждый миллион лет или около того. Поэтому для написания истории этой луны необходимо хорошо знать её внутреннее строение.

«Неожиданный восточный сдвиг в расположении вулканов на Ио намекает на то, что мы чего-то пока не понимаем, — подчёркивает г-н Гамильтон. — В определённом смысле это очень важное открытие».

Прогноз теплового потока на поверхности Ио, сделанный двумя моделями приливного нагрева.

Поверхность Ио постоянно обновляется, поэтому на ней трудно обнаружить ударные кратеры.

Вид на Ио с корабля «Галилео».

Ио на фоне Юпитера. Монтаж из изображений, полученных станцией New Horizons в 2007 году.

Результаты исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения НАСА.