IO (SATELLIET): KENMERKEN, SAMENSTELLING, BAAN, BEWEGING, STRUCTUUR - ARTE - 2025

Io maakt deel uit van de vier Galileïsche satellieten (Io, Europa, Ganymede, Callisto) die zo genoemd worden omdat ze in 1610 werden ontdekt door Galileo Galilei met een rudimentaire telescoop die hij zelf had gebouwd.

Het is de derde grootste van de Galilese satellieten en van de resterende 75 Jupitersatellieten. In volgorde van orbitale straal, is het de vijfde satelliet en de eerste van de Galileeërs. De naam komt uit de Griekse mythologie, waarin Io een van de vele maagden was op wie de god Zeus, ook wel Jupiter genoemd in de Romeinse mythologie, verliefd werd.

Figuur 1. Io maakt deel uit van de vier satellieten die Galileo Galilei in 1610 ontdekte en van de vier is het het dichtst bij de planeet. (Wikimedia Commons).

Io is een derde van de diameter van de aarde en ongeveer zo groot als onze satelliet de maan. Vergeleken met de andere satellieten in het zonnestelsel staat Io op de vijfde plaats in grootte, voorafgegaan door de maan.

Het oppervlak van Io heeft bergketens die zich onderscheiden van de uitgestrekte vlaktes. Er zijn geen inslagkraters waargenomen, wat erop wijst dat ze zijn uitgewist door hun grote geologische en vulkanische activiteit, die als de grootste van allemaal in het zonnestelsel wordt beschouwd. De vulkanen produceren wolken van zwavelverbindingen die 500 km boven het oppervlak uitstijgen.

Er zijn honderden bergen op het oppervlak, sommige hoger dan de Mount Everest, die zijn ontstaan ​​door het intense vulkanisme van de satelliet.

De ontdekking van Io in 1610 en de andere Galileïsche satellieten veranderde het perspectief van onze positie in het universum, aangezien men toen dacht dat we het centrum van alles waren.

Door het ontdekken van "andere werelden", zoals Galileo de satellieten noemde die rond Jupiter draaiden, werd het idee, voorgesteld door Copernicus, dat onze planeet rond de zon draaide, haalbaarder en tastbaarder.

Dankzij Io werd de eerste meting van de lichtsnelheid gedaan door de Deense astronoom Ole Christensen Rømer in 1676. Hij realiseerde zich dat de duur van de verduistering van Io door Jupiter 22 minuten korter was als de aarde dichter bij Jupiter was dan toen het op zijn verste punt was.

Dat was de tijd die het licht nodig had om over de orbitale diameter van de aarde te reizen, van daaruit schatte Rømer 225.000 km / s voor de lichtsnelheid, 25% minder dan de momenteel geaccepteerde waarde.

Algemene kenmerken van Io

Tegen de tijd dat de Voyager-missie het Jupiter-systeem naderde, vond het acht uitbarstende vulkanen op Io, en de Galileo-missie, die niet in staat was om te dicht bij de satelliet te komen, leverde wel uitstekende resolutiebeelden van de vulkanen op. Niet minder dan 100 uitbarstende vulkanen hebben deze sonde gedetecteerd.

Figuur 2. Oppervlakte van Io met de uitgestrekte vlakten en overvloedige vulkanen, in ware kleuren gefotografeerd door de Galileo-sonde. Bron: NASA.

De belangrijkste fysieke kenmerken van Io zijn:

-Zijn diameter is 3.643,2 km.

-Massa: 8,94 x 10 ²² kg.

-Gemiddelde dichtheid 3,55 g / cm ³ .

-Oppervlaktetemperatuur: (ºC): -143 tot -168

-De versnelling van de zwaartekracht op het oppervlak is 1,81 m / s ² of 0,185 g.

-Periode van rotatie: 1d 18h ​​27,6m

-Vertaalperiode: 1d 18u 27,6m

-Sfeer samengesteld uit 100% zwaveldioxide (SO2).

Samenvatting van de belangrijkste kenmerken van Io

Samenstelling

Het meest opvallende kenmerk van Io is de gele kleur, die te wijten is aan de zwavelafzetting op het in wezen vulkanische oppervlak. Om deze reden, hoewel de inslagen als gevolg van meteorieten die de gigantische Jupiter aantrekt frequent zijn, worden ze snel gewist.

Basalt wordt verondersteld overvloedig te zijn in de satelliet, zoals altijd, geel gekleurd door zwavel.

Gesmolten silicaten zijn overvloedig aanwezig in de mantel (zie hieronder voor details over de interne structuur), terwijl de korst bestaat uit bevroren zwavel en zwaveldioxide.

Io is de dichtste satelliet in het zonnestelsel (3,53 g / cc) en is vergelijkbaar met rotsachtige planeten. Het silicaatgesteente van de mantel omgeeft een kern van gesmolten ijzersulfide.

Ten slotte bestaat de atmosfeer van Io voor bijna 100% uit zwaveldioxide.

Atmosfeer

Spectrale analyses onthullen een dunne atmosfeer van zwaveldioxide. Hoewel honderden actieve vulkanen een ton gassen per seconde uitspuwen, kan de satelliet ze niet vasthouden vanwege de lage zwaartekracht en is de ontsnappingssnelheid van de satelliet ook niet erg hoog.

Bovendien worden geïoniseerde atomen die de omgeving van Io verlaten gevangen door het magnetische veld van Jupiter en vormen ze een soort donut in zijn baan. Het zijn deze zwavelionen die de kleine en nabije satelliet Amalthea, wiens baan onder die van Io ligt, de roodachtige kleur geven.

De druk van de dunne en dunne atmosfeer is erg laag en de temperatuur is lager dan -140ºC.

Het oppervlak van Io is vijandig tegenover mensen vanwege de lage temperaturen, de giftige atmosfeer en de enorme straling, aangezien de satelliet zich binnen de stralingsgordels van Jupiter bevindt.

De atmosfeer van Io vervaagt en ontsteekt

Door de orbitale beweging van Io is er een tijd waarin de satelliet het licht van de zon niet meer ontvangt, aangezien Jupiter het verduistert. Deze periode duurt 2 uur en zoals verwacht daalt de temperatuur.

Inderdaad, wanneer Io naar de zon gericht is, is de temperatuur -143 ºC, maar wanneer het wordt overschaduwd door de gigantische Jupiter, kan de temperatuur dalen tot -168 ºC.

Tijdens de eclips condenseert de dunne atmosfeer van de satelliet op het oppervlak, vormt zwaveldioxide-ijs en verdwijnt volledig.

Dan, wanneer de zonsverduistering ophoudt en de temperatuur begint te stijgen, verdampt het gecondenseerde zwaveldioxide en keert de dunne atmosfeer van Io terug. Dit is de conclusie van een NASA-team in 2016.

De atmosfeer van Io wordt dus niet gevormd door gassen van vulkanen, maar door de sublimatie van ijs op het oppervlak.

Vertaalbeweging

Io maakt een volledige omwenteling rond Jupiter in 1,7 aardse dagen, en elke omwenteling van de satelliet wordt overschaduwd door zijn gastplaneet, gedurende een periode van 2 uur.

Vanwege de enorme getijdekracht zou de baan van Io cirkelvormig moeten zijn, maar dit is niet het geval vanwege de interactie met de andere Galileïsche manen, waarmee ze in orbitale resonantie zijn.

Als Io 4 wordt, wordt Europa 2 en Ganymede 1. Het merkwaardige fenomeen is te zien in de volgende animatie:

Figuur 3. Orbitale resonantie van Io en zijn zustersatellieten: Ganymedes en Europa. Bron: Wikimedia Commons.

Deze interactie zorgt ervoor dat de baan van de satelliet een bepaalde excentriciteit heeft, berekend op 0,0041.

De kleinste orbitale straal (periastrum of perihelium) van Io is 420.000 km, terwijl de grootste orbitale straal (apoaster of aphelion) 423.400 km is, wat een gemiddelde orbitale straal oplevert van 421.600 km.

Het baanvlak helt 0,040 ° ten opzichte van het baanvlak van de aarde.

Io wordt beschouwd als de satelliet die het dichtst bij Jupiter staat, maar in werkelijkheid bevinden er zich nog vier satellieten onder zijn baan, zij het extreem klein.

In feite is Io 23 keer groter dan de grootste van deze kleine satellieten, die waarschijnlijk meteorieten zijn die vastzitten in de zwaartekracht van Jupiter.

De namen van de kleine manen, in volgorde van nabijheid tot hun gastplaneet, zijn: Metis, Adrastea, Amalthea en Thebe.

Na de baan van Io is de volgende satelliet een Galilese satelliet: Europa.

Ondanks dat het heel dicht bij Io staat, is Europa compleet anders qua samenstelling en structuur. Aangenomen wordt dat dit zo is omdat dat kleine verschil in de omloopbaan (249 duizend km) de getijdekracht op Europa aanzienlijk minder maakt.

Baan van Io en magnetosfeer van Jupiter

Vulkanen op Io blazen geïoniseerde zwavelatomen de ruimte in die worden gevangen door het magnetische veld van Jupiter, en vormen een plasmageleiderdoughnut die overeenkomt met de baan van de satelliet.

Het is het eigen magnetische veld van Jupiter dat het geïoniseerde materiaal uit de dunne atmosfeer van Io draagt.

Het fenomeen creëert een stroomsterkte van 3 miljoen ampère die het toch al krachtige magnetische veld van Jupiter versterkt tot meer dan het dubbele van de waarde die het zou hebben als er geen Io was.

Roterende beweging

De rotatieperiode om zijn eigen as valt samen met de omlooptijd van de satelliet, die wordt veroorzaakt door de getijdekracht die Jupiter op Io uitoefent, met een waarde van 1 dag, 18 uur en 27,6 seconden.

De helling van de rotatieas is te verwaarlozen.

Interne structuur

Aangezien de gemiddelde dichtheid 3,5 g / cm3 is ^, wordt geconcludeerd dat de inwendige structuur van de satelliet rotsachtig is. Spectrale analyse van Io onthult de aanwezigheid van water niet, dus het bestaan ​​van ijs is onwaarschijnlijk.

Volgens berekeningen op basis van de verzamelde gegevens wordt aangenomen dat de satelliet een kleine kern heeft van ijzer of ijzer vermengd met zwavel.

Het wordt gevolgd door een diepe, gedeeltelijk gesmolten rotsmantel en een dunne, rotsachtige korst.

Het oppervlak heeft de kleuren van een slecht gemaakte pizza: rood, lichtgeel, bruin en oranje.

Oorspronkelijk werd gedacht dat de korst zwavel was, maar infraroodmetingen laten zien dat vulkanen lava uitbarsten bij 1500ºC, wat aangeeft dat het niet alleen bestaat uit zwavel (dat kookt bij 550ºC), maar ook uit gesmolten gesteente.

Een ander bewijs van de aanwezigheid van gesteente is het bestaan ​​van enkele bergen met een hoogte die de Mount Everest dupliceren. Zwavel alleen zou niet de kracht hebben om deze formaties te verklaren.

De interne structuur van Io volgens de theoretische modellen wordt samengevat in de volgende illustratie:

Figuur 4. Structuur van Io. Bron: Wikimedia Commons.

Geologie van Io

De geologische activiteit van een planeet of satelliet wordt aangedreven door de warmte van het binnenste. En het beste voorbeeld is Io, de binnenste van Jupiters grootste satellieten.

De enorme massa van zijn gastplaneet is een grote attractor voor meteorieten, zoals de herinnerde Shoemaker-Levy 9 in 1994, maar Io toont geen inslagkraters en de reden is dat de intense vulkanische activiteit ze uitwist.

Io heeft meer dan 150 actieve vulkanen die genoeg as uitspuwen om de inslagkraters te begraven. Het vulkanisme van Io is veel intenser dan dat van de aarde en is het grootste in het hele zonnestelsel.

Wat de uitbarstingen van de vulkanen van Io versterkt, is de zwavel die is opgelost in het magma, dat, wanneer het zijn druk loslaat, het magma aandrijft en as en gas tot 500 m hoog werpt.

De as keert terug naar het oppervlak van de satelliet en produceert lagen puin rond de vulkanen.

Witachtige gebieden worden waargenomen op het oppervlak van Io vanwege bevroren zwaveldioxide. In de spleten van de breuken stroomt de gesmolten lava en explodeert naar boven.

Figuur 5. Sequentie genomen door de New Horizons-sonde, die een vulkaan laat zien die op het oppervlak van Io uitbarst. Bron: NASA.

Waar komt Io's energie vandaan?

Omdat Io iets groter is dan de maan, die koud en geologisch dood is, kun je je afvragen waar de energie van deze kleine Jupiter-satelliet vandaan komt.

Het kan niet de resterende vormingswarmte zijn, omdat Io niet groot genoeg is om het vast te houden. Evenmin is het het radioactieve verval van zijn binnenste, aangezien de energie die door zijn vulkanen wordt gedissipeerd in feite gemakkelijk de stralingswarmte verdrievoudigt die een lichaam van dergelijke omvang uitstraalt.

De energiebron van Io is de getijdenkracht, vanwege de enorme zwaartekracht van Jupiter en vanwege de nabijheid ervan.

Deze kracht is zo groot dat het oppervlak van de satelliet 100 m stijgt en daalt. De wrijving tussen de rotsen is wat deze enorme warmte produceert, zeker veel groter dan die van de aardse getijdekrachten, die het vaste oppervlak van de continenten nauwelijks enkele centimeters verplaatsen.

De enorme wrijving veroorzaakt door de gigantische getijdekracht op Io zorgt ervoor dat er genoeg warmte wordt gegenereerd om de diepe lagen te smelten. Het zwaveldioxide verdampt en genereert voldoende druk voor het magma dat door vulkanen wordt uitgespuwd om af te koelen en het oppervlak te bedekken.

Het getijdeneffect neemt af met de kubus van de afstand tot het aantrekkingscentrum, dus dit effect is minder belangrijk in de satellieten verder van Jupiter, waar de geologie wordt gedomineerd door meteorietinslagen.

Referenties

1. 20 minuten. (2016) De waarneming van een eclips in Io onthult zijn geheimen. Hersteld van: 20minutos.es
2. Kutner, M. (2010) Astronomie: een fysiek perspectief. Cambridge University Press.
3. Seeds en Backman. (2011) Het zonnestelsel. Cengage leren.
4. Wikipedia. Io (satelliet). Hersteld van: es. wikipedia.com
5. Wikipedia. Jupiter-satellieten. Hersteld van: es. wikipedia.com
6. Wikipedia. Galilese satelliet. Hersteld van: wikipedia.com