Alvilági lávajáték a Jupiter tüzes holdján

Jupiter "felkelte" az Ió felszínéről nézve (Fantáziarajz)

Sehol nem zajlik olyan aktív vulkáni tevékenység a Naprendszerben, mint a Jupiter Ió nevű holdján. Most a szerencsének köszönhetően extra jó kilátás nyílt a forrongó égitest legnagyobb lávatavára.

Jeges és tüzes holdtestvérek egymás takarásában

A Jupiter holdjai közül kettőnek, az Európénak és az Iónak a közelmúltbeli ritka pályaegyüttállása páratlan lehetőséget kínált a vulkanikus aktivitásáról híres Ió legnagyobb lávatavának feltérképezésére. (A Jupiter négy legnagyobb holdját, a Ganümédeszt, az Európét, a Kallisztót és az Iót Galileo Galilei, a híres olasz csillagász fedezte fel, még 1610-ben.)

Galileo Galilei olasz csillagász egykorú portréja. Galilei fedezte fel a Jupiter négy legnagyobb holdját, köztük az Iót is, 1610-ben (Justus Sustermans festménye) Forrás: Wikimedia Commons

Március 8-án az Európé a Föld felől nézve elhaladt az Ió előtt, és ezzel fokozatosan kitakarta előlünk a forrongó holdtestvér fényét.

A négy Galilei-hold, és a Jupiter méretarányát szemléltető fotómontázs. A kép legtetején az Ió, alatta pedig az Európé látható Forrás: NASA/JPL

Mivel az Európé felszínét vízjég borítja, amely az infravörös tartományban alig veri vissza a Nap fényét,

a kutatók precízen el tudták különíteni az Ió felszínén működő vulkánok hőjéből eredő infravörös sugárzást.

Hádészi lávató bugyog az Ió felszínén

Az infravörös felvételek tanúsága szerint az Ió hatalmas méretű lávatavának hőmérséklete az egyik végétől a másikig fokozatosan emelkedik. Ezt a szakértők úgy tudják a legegyszerűbben értelmezni, ha feltételezik – ahogy azt már az Ió mellett elhaladó űrszondák korábbi felvételei alapján is sejtették

Az Ió fotója. Középen kissé jobbra és alul látható a kiterjedt Loki-patera lávató Forrás: NASA/JLP

–, hogy a lávató felszíne periodikus megújuláson megy keresztül.

A hold mélyéből felbuzgó olvadt kőzetanyag felszíne lehűlve megszilárdul, és úszó kérget alkot

a forró láva tetején. Ám ahogy ez a kéreg sűrűbbé válik az alatta kavargó lávánál, idővel lassan alábukik, és magával rántja a szomszédos kéregterületeket is. A kéreg alábukása hullámszerűen terjed: a számítások szerint az alábukási hullámfront naponta mintegy 1 kilométeres sebességgel halad nyugat-keleti irányba a lávató felszínén.

Már az 1970-es években észlelték az Ió fényességváltozásait

A lávafelszín megszilárdulása, majd a kéreg újbóli alábukása a legelfogadottabb magyarázat a Loki-patera néven ismert óriás lávató fényességének ciklikus váltakozására, amit a csillagászok földi teleszkópok segítségével már az 1970-es években megfigyeltek.

Vulkánkitörések az Ió felszínén Forrás: NASA/JLP

Az Ió legnagyobb lávatava, amely Loki ónorvég istenalakról kapta nevét – a patera szabálytalan alakú, felgyűrődött szélű vulkáni krátert jelent –, az Ió legforrongóbb területe, ami nem kis szó,

hiszen a füstölgő-fortyogó hold amúgy is a vulkanikusan legaktívabb égitest az egész Naprendszerben.

A Loki-patera átmérője körülbelül 200 kilométer, a lávával borított forró felszín területe pedig 21 500 négyzetkilométer, vagyis a Balaton több mint 36-szor beleférne.

Egy másik, kisebb lávató, a Tupan-patera az Ió felszínén Forrás: NASA/JLP

Bár a Földről már a '70-es évek elején észlelték az Ió változó fényességű területeit, csak akkor vált egyértelművé, hogy a jelenség vulkáni tevékenységhez köthető, amikor a Voyager űrszondák 1979-ben,

a Jupiter mellett elhaladtukban közeli felvételeket készíthettek az Ió felszínéről.

S bár a NASA Galileo missziója keretében az 1990-es évek végén és a 2000-es évek elején még részletgazdagabb képek készültek az Ióról, a Loki-patera 400-600 napos elsötetédési-kifényesedési ciklusának pontos magyarázatáról mindmáig vitatkoznak a csillagászok.

A Voyager-1 űrszonda Forrás: NASA/JPL/Public domain/Nasa/Jpl

Egészen mostanáig kérdés maradt, hogy a ciklikus fényerő-váltakozást egy gigantikus lávató felszínén megszilárduló, majd alábukó kéreg okozza – ahogy azt a fentiekben vázoltuk –,

vagy esetleg szabályos időközönkénti kitörések, amelyek friss lávát terítenek szét a hatalmas területen.

„Ha a Loki-patera valóban egy lávató, akkor több mint egymilliószor akkora területet foglal el, mint egy átlagos földi lávató – mondta Katherine de Kleer, a University of California Berkeley hallgatója és a Nature-ben megjelent tanulmány szerzője.

Közeli felvétel a vulkánilag aktív Jupiter-hold, az Ió felszínéről Forrás: NASA/JPL

– Elképzelésünk szerint a kéreg egyes részei lesüllyednek, ezzel felfedik az alattuk izzó magmát, és ez okozza az infravörös tartományban észlelt fényerő-növekedést."

Sikerült feltérképezni a Naprendszer legnagyobb lávatavát

„Ez az első használható térkép a teljes pateráról – tette hozzá Ashley Davies, a pasadenai Jet Propulsion Laboratory (JPL) munkatársa, a szerzőcsoport másik tagja. – Kiderül róla, hogy a patera felszínén nem is csak egy,

hanem egyszerre két alábukási hullám söpör végig.

Az egész sokkal bonyolultabb, mint korábban gondolni lehetett." Az infravörös felvételek a délkelet-arizonai hegyekben található Large Binocular Telescope Observatory (LBTO) 8.4 méteres átmérőjű ikertükreivel készültek.

A hőmérséklet változása a Loki-patera medencéjében Forrás: NASA/JPL

A tükröket a legmodernebb alkalmazkodó optika segítségével úgy kötötték össze, hogy interferométernek (a két fényút közötti különbség érzékelőjének) használhassák őket, így ki tudták küszöbölni a földi légkörből adódó elmosódást. A megfigyelőállomást az Arizonai Egyetem (Tucson) által összefogott nemzetközi konzorcium üzemelteti.

A Voyager-1 űrszonda közeli felvétele a Jupiter felszínérős a nagy vörös folttal. Az Ió vulkáni aktivitásában az óriásbolygó gravitációs ereje által keltett árapály-hatásnak is szerepe lehet Forrás: NASA/JPL

„Két évvel ezelőtt az LBTO készítette az első földi képeket a Loki-patera két különálló forró területéről. Az egyedülállóan nagy felbontást, ami megfelel egy 23 méteres átmérőjű tükörrel elérhetőnek, az interferometrikus használat révén tudtuk biztosítani – magyarázta Christian Vellet, az LBTO állomás igazgatója.

A Föld, a Hold, és az Ió méretarányát ábrázoló fotómontázs Forrás: NASA

– Ezúttal azonban a még részletgazdagabb képet annak köszönhettük, hogy a Loki-paterát az Európé takarásában tudtuk megfigyelni." Az Európé körülbelül tíz másodperc alatt takarta ki teljesen a Loki-paterát.

Olyan nagy volt az infravörös fényerősség, hogy a megfigyelési időt 1/8 másodperces expozíciókra tudtuk bontani."

Az Ió belső szerkezetét ábrázoló grafika. A szilárd kéreg alatt forró olvadt kőzetanyag található Forrás: NASA/Wikimedia Commons

Az egyes felvételek között az Európé széle mindössze pár kilométernyit haladt előre az Ió felszínén – avatott be a részletekbe Michael Skrutskie, a Virginai Egyetem kutatója, aki a megfigyeléshez használt infravörös kamera fejlesztését irányította. – Míg a Loki egyik vége takarásban volt, a másik vége épp kibukkant, ami ideális helyzetet teremtett a patera felszínén kialakult hőmérsékleti eloszlás feltérképezéséhez."

Nyugatról kelet felé haladva emelkedik a hőmérséklet

A felvételek kevesebb mint 10 kilométeres felbontásban rajzolták ki a Loki-patera kétdimenziós hőmérsékleti térképét, felfedve a lávató nyugati és délkeleti végei között húzódó folytonos hőmérsékleti átmenetet. A felszín a nyugati végen volt a leghidegebb – mintegy 270 Kelvin –, ahol az alábukás vélhetőleg megkezdődött, és a délkeleti végen volt a legmelegebb – 330 Kelvin –, ahol a felbukkanó láva még viszonylag friss és forró volt.

Jupiter "felkelte" az Ió felszínéről nézve (Fantáziarajz) Forrás: Science Alert

A földi vulkánokban felbugyogó magma hőmérsékletéből és hűlési sebességéből kiindulva de Kleer ki tudta számítani, hogy a lávató két végén mennyi idővel ezelőtt bukkanhatott ki a friss magma a Loki-patera felszínére.

A kalkuláció alapján a hidegebb nyugati végen 180-230 napos, a melegebb délkeleti végen 75 napos lehetett a felszíni kéreg.

Ezek az értékek megfelelnek az alábukás sebességével és időzítésével kapcsolatos korábbi adatoknak.

Hideg sziget a forró lávató közepén

A tó közepén már a Voyager 1979-es látogatása óta stabilan áll egy hideg sziget, és az alábukás érdekes módon eltérő időpontban vette kezdetét a sziget két oldalán. „Az alábukás sebessége is eltérő a két oldalon, ami valószínűleg a magma különböző összetételével vagy a magmában oldott gázbuborékok különböző mennyiségével áll összefüggésben – mondta el de Kleer.

A Loki-patera (a képen felül, kissé balra) az Ió felszínén Forrás: NASA/JPL

– Kell, hogy legyen valamilyen különbség a patera két felének magmaellátásában, és bármi váltja is ki az alábukást, sikerül valamiképp elérnie, hogy a két oldalon majdnem, de ne teljesen egyszerre kezdődjék. Mindezek az eredmények bepillantást engednek a Loki-patera alatt működő komplex áramlási rendszer titkaiba."