Scoperti pennacchi di anidride solforosa su Io

Durante i primi decenni dell'era spaziale Io venne visitato fugacemente dalle sonde spaziali Pioneer 10 e 11 rispettivamente il 3 dicembre 1973 ed il 2 dicembre 1974. Le Pioneer rivelarono la presenza di una sottile atmosfera e di una intensa fascia di radiazioni attorno alla sua orbita

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Gli astronomi, grazie a nuove immagini radio del satellite di Giove, Io hanno trovato tracce di un gas tossico che viene eruttato dai suoi vulcani.

Io un satellite straordinario

Io è il più interno dei quattro satelliti medicei, il quarto satellite del sistema solare per dimensione e quello più denso di tutti. Il suo nome deriva della mitologia greca, Io era il nome di una delle amanti di Zeus, il padre degli Dei. Con oltre 400 vulcani attivi, Io è il corpo geologicamente più attivo del sistema solare. L’intensa attività geologica è il risultato del riscaldamento mareale dovuto all’attrito interno causato da Giove e dagli altri satelliti. Molti vulcani eruttano pennacchi di zolfo e biossido di zolfo che si elevano fino a 500 km sulla superficie.
A differenza di molti satelliti del sistema solare esterno, che sono per lo più composti di ghiaccio d’acqua, Io è composto principalmente da silicati che circondano un nucleo di ferro o di solfuro di ferro fusi. Scoperto nel 1610 da Galileo Galilei il suo studio favorì l’adozione del modello copernicano del sistema solare, allo sviluppo delle leggi di Keplero sul moto dei pianeti, e servì per una prima stima della velocità della luce.
Anche Simon Marius nel 1614 pubblicò un’opera intitolata Mundus Iovialis, che descriveva Giove e il suo sistema di lune. Marius sostenne di aver scoperto le quattro lune maggiori pochi giorni prima di Galileo. Questa affermazione portò ad una disputa con Galileo, il quale accusò Marius di aver copiato i suoi lavori, e che il Mundus Iovialis non era altro che un plagio.
Oggi si reputa plausibile che Marius abbia scoperto le lune di Giove in modo indipendente da Galileo, ma almeno qualche giorno dopo ‘astronomo italiano.

Le missioni di sorvolo

Durante i primi decenni dell’era spaziale Io venne visitato fugacemente dalle sonde spaziali Pioneer 10 e 11 rispettivamente il 3 dicembre 1973 ed il 2 dicembre 1974. Le Pioneer rivelarono la presenza di una sottile atmosfera e di una intensa fascia di radiazioni attorno alla sua orbita.
Anche le sonde Voyager 1 e Voyager 2 nel 1979 visitarono il sistema gioviano catturando immagini più dettagliate delle due Pioneer: la Voyager 1 rivelò pennacchi che salivano da una superficie relativamente giovane e caratterizzata da piane di colate laviche e montagne più alte dell’Everest, dimostrando che Io era geologicamente attivo.
Poi fu la volta della sonda Galileo, destinata allo studio del sistema gioviano, segnò risultati significativi, scoprendo che Io ha, come i pianeti maggiori, un nucleo ferroso. Osservò nei suoi sorvoli ravvicinati diverse eruzioni vulcaniche e scoprì che il magma era composto di silicati ricchi di magnesio, comuni nella roccia magmatica femica e ultrafemica.
La Cassini e la New Horizons invece monitorarono il vulcanismo di Io nei loro viaggi diretti rispettivamente verso Saturno e Plutone. La New Horizons catturò anche immagini nei pressi di Girru Patera nelle prime fasi di un’eruzione, e diverse altre eruzioni avvenute dai tempi della sonda Galileo
Infine Juno, arrivata nel 2016 nel sistema gioviano con l’obiettivo principale di studiare il campo magnetico di Giove, ha monitorato anch’essa l’attività vulcanica di Io con lo spettrometro nel vicino infrarosso.

Io e la sua atmosfera

La sottile atmosfera e la superficie di Io sono dominate dall’anidride solforosa eruttata dalle sue viscere. Il gas espulso dai numerosi vulcani ricade al suolo e si congela donandogli le sue caratteristiche sfumature gialle e arancioni.
Ma quanto di quel gas proviene direttamente dai vulcani, rispetto a quanto proviene dall’anidride solforosa superficiale ghiacciata riscaldata alla luce del sole? È stato difficile quantificarlo.
“Non si sapeva quale processo guidasse le dinamiche nell’atmosfera di Io”, ha detto l’astronomo Imke de Pater dell’Università della California, Berkeley. “È l’attività vulcanica o il gas che sublima dalla superficie ghiacciata quando Io è alla luce del sole? Quello che mostriamo è che, in realtà, i vulcani hanno un grande impatto sull’atmosfera”.
I ricercatori sono finalmente in grado di rispondere ad alcune domande e allo stesso tempo sono stati in grado di rilevare pennacchi di anidride solforosa vulcanica sulla luna di Giove. Nonostante Io sia un mondo pieno di vulcani attivi presenta un’atmosfera molto sottile. Gran parte del gas al suo interno viene rilasciato grazie all’interazione con Giove e il suo potente campo magnetico a una velocità di una tonnellata al secondo, contribuendo a creare un colossale ciambella toroidale di plasma che orbita attorno a Giove.
La tenue atmosfera può dirci molto sui processi geologici in atto all’interno della luna, e questo a sua volta potrebbe aiutarci a comprendere alcune delle dinamiche dei pianeti oltre il nostro sistema solare. Se conosciamo con precisione gli effetti delle influenze gravitazionali concorrenti su Io e perché tali influenze non hanno lo stesso effetto su altri corpi, possiamo fare deduzioni più plausibili su come le influenze gravitazionali influenzano gli esopianeti troppo lontani per essere osservati.
Gli astronomi hanno utilizzato l’Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) in Cile per dare un’occhiata più da vicino a Io utilizzando lo spettro radio mentre Io attraversa l’ombra di Giove.
La prima cosa che hanno scoperto è che l’anidride solforosa non rimane nell’atmosfera di Io. Di notte, la temperatura scende al di sotto del punto di congelamento dell’anidride solforosa che congela depositandosi al suolo. Quando la superficie di Io riemerge alla luce del giorno, l’anidride solforosa congelata sublima nuovamente nell’atmosfera, reintegrandola in circa 10 minuti, molto più rapidamente del previsto. Questa stranezza si è rivelata lo strumento perfetto per studiare il contributo che i vulcani danno all’atmosfera.
“Quando Io passa nell’ombra di Giove, ed è lontano dalla luce solare diretta, fa troppo freddo per il gas di anidride solforosa che si condensa sulla superficie di Io”, ha spiegato l’astronomo Statia Luszcz-Cook della Columbia University. “Durante quel periodo possiamo vedere solo anidride solforosa di origine vulcanica. Possiamo quindi vedere esattamente quanta parte dell’atmosfera è influenzata dall’attività vulcanica”.
Grazie alle immagini nella banda radio riprese da ALMA il team è stato in grado di identificare chiaramente, per la prima volta, prove dell’esistenza di pennacchi di anidride solforosa e monossido di zolfo emessi da vulcani. Nelle regioni vulcaniche prive di anidride solforosa o monossido, hanno osservato la presenza di cloruro di potassio, un altro gas vulcanico. Ciò suggerisce che diversi vulcani stanno attingendo a serbatoi di magma differenti. Ciò suggerisce che Io mostra al suo interno una interessante complessità.
Dalle immagini ottenute, il team ha calcolato il contributo del vulcanesimo all’atmosfera di Io scoprendo che circa il 30-50% dell’anidride solforosa proviene direttamente dai suoi vulcani. Ovviamente il lavoro futuro migliorerà i dati ottenuti. Il team afferma che il prossimo passo nella loro ricerca è cercare di misurare la temperatura dell’atmosfera di Io, in particolare a bassa quota. Questo sarà un po ‘più impegnativo, ma non impossibile da realizzare.
“Per misurare la temperatura dell’atmosfera di Io, abbiamo bisogno di ottenere una risoluzione maggiore nelle nostre osservazioni, il che richiede di osservare la luna per un periodo di tempo più lungo. Possiamo farlo solo quando Io è alla luce del Sole, poiché non spende molto tempo in eclissi “, ha detto de Pater“Durante tale osservazione, Io ruoterà di decine di gradi. Avremo bisogno di applicare un software che ci aiuti a creare immagini senza macchie. Lo abbiamo fatto in precedenza con immagini radio di Giove realizzate con ALMA e il Very Large Array”.
La ricerca è disponibile in due articoli, uno pubblicato su The Planetary Science Journal, e l’altro in corso di stampa con la Planetary Science Journal e caricate su arXiv.
Fonte: https://www.sciencealert.com/plumes-of-volcanic-sulfur-dioxide-have-finally-been-identified-on-jupiter-s-moon-i