Profiteren van een zeldzame orbitale uitlijning tussen twee van Jupiter's manen, Io en Europa, onderzoekers hebben een uitzonderlijk gedetailleerde kaart verkregen van het grootste lavameer op Io, het meest vulkanisch actieve lichaam in het zonnestelsel.

Op 8 maart, 2015, Europa passeerde voor Io, geleidelijk het licht van de vulkanische maan blokkeren. Omdat het oppervlak van Europa is bedekt met waterijs, het reflecteert heel weinig zonlicht op infrarode golflengten, waardoor onderzoekers de warmte die afkomstig is van vulkanen op het oppervlak van Io nauwkeurig kunnen isoleren.

De infraroodgegevens toonden aan dat de oppervlaktetemperatuur van Io's enorme gesmolten meer gestaag toenam van het ene uiteinde naar het andere, wat suggereert dat de lava was omgeslagen in twee golven die elk op ongeveer een kilometer afstand van west naar oost trokken (3, 300 voet) per dag.

Het omvallen van lava is een populaire verklaring voor het periodiek oplichten en dimmen van de hotspot, genaamd Loki Patera naar de Noorse god. (Een patera is een komvormige vulkanische krater.) De meest actieve vulkanische plaats op Io, dat zelf het meest vulkanisch actieve lichaam in het zonnestelsel is, Loki Patera is ongeveer 200 kilometer (127 mijl) breed. Het hete gebied van de patera heeft een oppervlakte van 21, 500 vierkante kilometer, groter dan het Ontariomeer.

Aardgebonden astronomen merkten voor het eerst de veranderende helderheid van Io op in de jaren zeventig, maar pas toen de ruimtevaartuigen Voyager 1 en 2 in 1979 voorbij vlogen, werd duidelijk dat dit kwam door vulkaanuitbarstingen op het oppervlak. Ondanks zeer gedetailleerde beelden van NASA's Galileo-missie eind jaren negentig en begin jaren 2000, astronomen blijven discussiëren of de ophelderingen bij Loki Patera - die elke 400 tot 600 dagen plaatsvinden - te wijten zijn aan het omverwerpen van lava in een enorm lavameer, of periodieke uitbarstingen die lavastromen over een groot gebied verspreiden.

"Als Loki Patera een zee van lava is, het omvat een gebied dat meer dan een miljoen keer groter is dan een typisch lavameer op aarde, zei Katherine de Kleer, een afgestudeerde student van UC Berkeley en de hoofdauteur van de studie. "In dit scenario, delen van koele korst zinken, het gloeiende magma eronder bloot te leggen en een opheldering in het infrarood te veroorzaken."

"Dit is de eerste bruikbare kaart van de hele patera, " zei co-auteur Ashley Davies, van het Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, die jarenlang de vulkanen van Io heeft bestudeerd. "Het toont niet één maar twee weer opduikende golven die rond de patera vegen. Dit is veel complexer dan eerder werd gedacht".

"Dit is een stap voorwaarts in het proberen het vulkanisme op Io te begrijpen, die we al meer dan 15 jaar observeren, en in het bijzonder de vulkanische activiteit bij Loki Patera, zei Imke de Pater, een UC Berkeley hoogleraar astronomie.

De Kleer is hoofdauteur van een paper waarin de nieuwe bevindingen worden gerapporteerd die op 11 mei in het tijdschrift zullen worden gepubliceerd Natuur .

Verrekijker telescoop richt twee ogen op Io

De beelden werden verkregen door de dubbele 8,4-meter (27,6-voet) spiegels van het Large Binocular Telescope Observatory in de bergen van Zuidoost-Arizona, aan elkaar gekoppeld als een interferometer met behulp van geavanceerde adaptieve optica om atmosferische vervaging te verwijderen. De faciliteit wordt beheerd door een internationaal consortium met het hoofdkantoor aan de Universiteit van Arizona in Tucson.

"Twee jaar eerder de LBTO had de eerste beelden op de grond geleverd van twee afzonderlijke hotspots binnen Loki Patera, dankzij de unieke resolutie die wordt geboden door het interferometrische gebruik van LBT, wat overeenkomt met wat een telescoop van 23 meter (75 voet) zou bieden, " merkte co-auteur en LBTO-directeur Christian Veillet op. "Deze keer, echter, de voortreffelijke resolutie werd bereikt dankzij de observatie van Loki Patera op het moment van een occultatie door Europa."

Europa had ongeveer 10 seconden nodig om Loki Patera volledig te dekken. "Er was zoveel infrarood licht beschikbaar dat we de waarnemingen in intervallen van een achtste seconde konden verdelen, waarin de rand van Europa slechts een paar kilometer over het oppervlak van Io voortschreed, " zei co-auteur Michael Skrutskie, van de Universiteit van Virginia, die de ontwikkeling leidde van de infraroodcamera die voor dit onderzoek werd gebruikt. "Loki was bedekt vanuit de ene richting, maar onthuld vanuit een andere, precies de opstelling die nodig was om een ​​echte kaart te maken van de verdeling van het warme oppervlak binnen de patera."

Deze waarnemingen gaven de astronomen een tweedimensionale thermische kaart van Loki Patera met een resolutie beter dan 10 kilometer (6,25 mijl), 10 keer beter dan normaal mogelijk met de LBT Interferometer bij deze golflengte (4,5 micron). De temperatuurkaart onthulde een gelijkmatige temperatuurvariatie over het oppervlak van het meer, van ongeveer 270 Kelvin aan de westkant, waar het kantelen leek te zijn begonnen, tot 330 Kelvin aan het zuidoostelijke uiteinde, waar de gekantelde lava het verst en het heetst was.

Met behulp van informatie over de temperatuur en afkoelsnelheid van magma afgeleid van studies van vulkanen op aarde, de Kleer kon berekenen hoe recentelijk nieuw magma aan het oppervlak was blootgesteld. De resultaten - tussen 180 en 230 dagen voor de waarnemingen aan de westkant en 75 dagen ervoor aan de oostkant - komen overeen met eerdere gegevens over de snelheid en timing van de kanteling.

interessant, het omvallen begon op verschillende tijdstippen aan twee kanten van een koel eiland in het midden van het meer dat er al is sinds Voyager het in 1979 fotografeerde.

"De kantelsnelheid is ook verschillend aan de twee kanten van het eiland, wat te maken kan hebben met de samenstelling van het magma of de hoeveelheid opgelost gas in bellen in het magma, zei de Kleer. "Er moeten verschillen zijn in de aanvoer van magma naar de twee helften van de patera, en wat het begin van de omwenteling veroorzaakt, slaagt erin om beide helften bijna tegelijkertijd te activeren, maar niet precies. Deze resultaten geven ons een kijkje in het complexe sanitairsysteem onder Loki Patera."

Lavameren zoals Loki Patera kantelen omdat de afkoelende oppervlaktekorst langzaam dikker wordt totdat deze dichter wordt dan het onderliggende magma en zinkt, nabijgelegen korst meetrekken in een golf die zich over het oppervlak voortplant. Volgens de Pater als de korst uit elkaar valt, magma kan opspatten als vuurfonteinen, verwant aan wat is gezien in lavameren op aarde, maar dan op kleinere schaal.

De Kleer en de Pater willen graag andere Io-occultaties observeren om hun bevindingen te verifiëren, maar ze zullen moeten wachten tot de volgende afstemming in 2021. Voor nu, de Kleer is blij dat de interferometer die de twee telescopen met elkaar verbindt, de adaptieve optica op elk en de unieke occultatie kwamen samen zoals gepland die nacht twee jaar geleden.

"We wisten niet zeker of zo'n complexe observatie zou werken, " ze zei, "maar we waren allemaal verrast en blij dat het gebeurde."