Honderden vulkanen pokken het oppervlak van Io, de derde grootste van de 78 bekende manen van Jupiter, en het enige lichaam in ons zonnestelsel anders dan de aarde waar wijdverbreid vulkanisme kan worden waargenomen. De bron van de innerlijke warmte van de maan is radicaal anders dan die van de aarde, van de maan een uniek systeem maken om vulkanisme te onderzoeken.

Een nieuwe studie in het AGU-tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven vindt Io's meest krachtige, aanhoudende vulkaan, Loki Patera, wordt helderder op een vergelijkbare tijdschaal als lichte verstoringen in de baan van Io veroorzaakt door andere manen van Jupiter, die zich herhalen in een cyclus van ongeveer 500 aardse dagen.

De nieuwe resultaten zijn verrassend omdat vulkanen op Io niet op tijd uitbarsten met grotere fluctuaties in de veel grotere spanningen die op Io worden uitgeoefend tijdens de 1,77-daagse baan van de maan rond Jupiter. Interne wrijving van deze spanningen genereert de hitte die Io's vulkanen aandrijft, maar fluctuerende spanningen tijdens de korte periode van Io's baan lijken geen magma naar de oppervlakte te persen.

De nieuwe studie, die 271 nachten aan observaties van Loki Patera van de Keck- en Gemini North-telescopen van Hawaï van 2013-2018 analyseerde, en meer sporadische waarnemingen die teruggaan tot 1987, suggereert de zachtere, Een cyclus van 500 dagen kan op de juiste tijdschaal werken om magma te verplaatsen en bij een uitbarsting naar het oppervlak van de maan te brengen.

"De spanningen op het binnenste van Io variëren enorm tijdens die 1,77-daagse baan, zei Katherine de Kleer, een planetaire wetenschapper aan het California Institute of Technology en de hoofdauteur van de nieuwe studie. "Voor zover iemand heeft kunnen nagaan, er is geen variatie in Io's vulkanen op deze schaal van 1,77 dagen, dus het is een beetje contra-intuïtief dat we over een langere periode een reactie zouden zien, wanneer de veranderingen in stress lager zijn."

Het begrijpen van deze dynamiek kan aanwijzingen opleveren voor het mysterieuze interieur van Io, evenals het interieur van andere lichamen in het zonnestelsel die worden verwarmd door een fluctuerende aantrekkingskracht van de zwaartekracht. een effect dat getijdenverwarming wordt genoemd.

"We weten bijna niets over hoe Io's magmakamers en leidingen eruit zien, dus het gedrag van Loki Patera geeft ons een klein venster naar een gebied waar we momenteel geen informatie hebben, ’ zei De Kleer.

Maandans

Io heeft een heet interieur omdat zijn strakke baan om Jupiter niet cirkelvormig is. De maan zit vast in een excentrische baan omdat hij resoneert met de grootste manen van Jupiter, naburige Europa en Ganymedes, gevangen tussen hun invloed en de enorme zwaartekracht van Jupiter.

De baan van Europa om Jupiter is twee keer zo lang als die van Io, en de baan van Ganymedes is twee keer zo lang als die van Europa. Dit 1:2:4-ritme betekent dat de zwaartekracht van de andere twee manen zich consequent herhaalt terwijl Io rond Jupiter draait.

Io's afstand tot Jupiter verandert in de loop van zijn elliptische baan, dus het ervaart een andere hoeveelheid van de zwaartekracht van Jupiter terwijl het om de massieve planeet cirkelt. De verschuivende aantrekkingskracht van Jupiter en de andere manen rekt en comprimeert Io in zijn tweedaagse baan rond Jupiter. Dit genereert voldoende warmte door wrijving in de materialen van het binnenste van de maan om gesteente tot magma te smelten.

Onderzoekers die de meer dan 400 vulkanen op Io bestuderen, hebben gezocht naar bewijs dat ze op hetzelfde ritme uitbarsten. Zo'n fluctuatie met de dagelijkse baan vindt plaats op Saturnusmaan Enceladus, die een ondergrondse oceaan heeft die door scheuren in het bevroren oppervlak van de maan naar buiten spuit. Watergeisers op Enceladus bloeien het grootst wanneer de maan zich op het verste punt van Saturnus bevindt en de breuken die de geisers veroorzaken, worden opengetrokken.

Maar de nieuwe studie vond geen bewijs dat Loki Patera dezelfde tijd aanhoudt als Io's tweedaagse baan rond Jupiter. In plaats daarvan, de helderheid lijkt te fluctueren op een vergelijkbare tijdschaal als subtiele verstoringen in de baan van Io.

Hoewel orbitale resonantie met Europa en Ganymedes de grootste getijdeneffecten op Io uitoefent, de naburige manen vervormen ook enigszins de vorm van Io's baan in cycli van 480-484 dagen en 461-464 dagen. Loki Patera lijkt uit te barsten in een cyclus die vergelijkbaar is met dit tijdsbestek, volgens de nieuwe studie.

Langzame stroom

De Kleer en haar collega's denken dat de verschillende dynamiek op Io en Enceladus te maken kan hebben met de manier waarop vloeistoffen door poriën of scheuren in gesteente bewegen. Magma lijkt meer op honing of tandpasta dan op water. Het reageert niet zo snel als water op knijpen. De periode van Io's baan kan te kort zijn voor getijdeneffecten in het binnenste van de maan om op het oppervlak uit te barsten.

"Het magma in de korst van Io heeft tijd nodig om te stromen, " zei Francis Nimmo, een geofysicus aan de University of California Santa Cruz en co-auteur van het nieuwe artikel. "Als je de korst snel uitknijpt en uitrekt, niks gebeurt; maar als je het langzamer knijpt en uitrekt, het magma heeft tijd om ver genoeg te bewegen om een ​​vulkanisch kanaal te vullen, een uitbarsting veroorzaken. Het is vergelijkbaar met de manier waarop je op nat zand kunt rennen, maar als je langzaam loopt, zinken je voeten."

Wat wetenschappers leren over de effecten van getijdenverwarming door Io te bestuderen, kan van toepassing zijn op Europa en andere lichamen in het hele zonnestelsel die door getij worden verwarmd, volgens de auteurs van de nieuwe studie.

"Op andere werelden is het moeilijker om dit fundamentele planetaire proces te bestuderen omdat het deze vulkanen niet genereert die zo gemakkelijk te observeren zijn, zei de Kleer. "Io dient als laboratorium om inzicht te krijgen in dit proces dat vervolgens kan worden toegepast op andere manen in het zonnestelsel."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan AGU Blogs (http://blogs.agu.org), een gemeenschap van blogs over aarde en ruimtewetenschap, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.