8 марта 2015 года Европа прошла перед Ио, постепенно загораживая свет вулканической луны. Поскольку поверхность Европы покрыта водяным льдом, она отражает очень мало солнечного света в инфракрасных длинах волн, что позволяет исследователям точно изолировать тепло, исходящее от вулканов на поверхности Ио.
Инфракрасные данные показали, что температура поверхности массивного расплавленного озера Ио неуклонно повышалась от одного конца к другому, предполагая, что лава перевернулась двумя волнами, каждая из которых прокатилась с запада на восток со скоростью около километра (3300 футов) в день.Переворачивающаяся лава — популярное объяснение периодического прояснения и затемнения горячей точки, названной Локи Патера в честь скандинавского бога. (Патера представляет собой чашеобразный вулканический кратер.) Самый активный вулканический объект на Ио, который сам по себе является самым вулканически активным телом в Солнечной системе, Локи Патера составляет около 200 километров (127 миль) в поперечнике. Жаркий регион патеры имеет площадь 21 500 квадратных километров, больше, чем озеро Онтарио.
Земные астрономы впервые заметили изменение яркости Ио в 1970-х годах, но только когда в 1979 году пролетели космические корабли «Вояджер-1» и «Вояджер-2», стало ясно, что это произошло из-за извержений вулканов на поверхности. Несмотря на очень подробные изображения, полученные в ходе миссии НАСА «Галилео» в конце 1990-х и начале 2000-х годов, астрономы продолжают спорить о том, является ли повышение яркости в Локи Патера, которое происходит каждые 400-600 дней, результатом опрокидывания лавы в массивном озере с лавой или периодическим. извержения, которые распространяют потоки лавы на большой площади.«Если Локи Патера — это море лавы, то его площадь более чем в миллион раз превышает площадь типичного лавового озера на Земле», — сказала Кэтрин де Клер, аспирантка Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор исследования. «В этом сценарии части холодной корки опускаются, обнажая раскаленную магму под ней и вызывая повышение яркости в инфракрасном диапазоне».«Это первая полезная карта всей патеры», — сказал соавтор Эшли Дэвис из Лаборатории реактивного движения в Пасадене, которая много лет изучала вулканы Ио. «Он показывает не одну, а две волны всплытия, охватывающие патеру.
Это намного сложнее, чем считалось ранее».«Это шаг вперед в попытке понять вулканизм на Ио, который мы наблюдаем более 15 лет, и в частности вулканическую активность на Локи Патера», — сказал Имке де Патер, профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли.Де Клер — ведущий автор статьи о новых результатах, которая будет опубликована 11 мая в журнале Nature.Бинокулярный телескоп обращает два взгляда на Ио
Изображения были получены с помощью двойных 8,4-метровых (27,6-футовых) зеркал обсерватории Большого бинокулярного телескопа в горах на юго-востоке Аризоны, соединенных вместе в качестве интерферометра с использованием усовершенствованной адаптивной оптики для устранения размытия атмосферы. Объект управляется международным консорциумом со штаб-квартирой в Университете Аризоны в Тусоне.«Двумя годами ранее LBTO предоставила первые наземные изображения двух отдельных горячих точек в Локи Патера благодаря уникальному разрешению, обеспечиваемому интерферометрическим использованием LBT, что эквивалентно 23-метровому (75-футовому) изображению. ) телескоп обеспечит ", — отметил соавтор и директор LBTO Кристиан Вейле. «На этот раз, однако, изысканное разрешение было достигнуто благодаря наблюдению Локи Патеры во время затмения Европой».
Европе потребовалось около 10 секунд, чтобы полностью покрыть Локи Патера. «Доступно было так много инфракрасного света, что мы могли разделить наблюдения на интервалы в одну восьмую секунды, в течение которых край Европы продвигался только на несколько километров по поверхности Ио», — сказал соавтор Майкл Скруцки из Университета Вирджинии. который руководил разработкой инфракрасной камеры, использованной в этом исследовании. «Локи был прикрыт с одного направления, но раскрыт с другого, как раз такое расположение, необходимое для создания реальной карты распределения теплой поверхности внутри патеры».Эти наблюдения дали астрономам двухмерную тепловую карту Локи Патеры с разрешением лучше 10 километров (6,25 мили), что в 10 раз лучше, чем обычно возможно с помощью интерферометра LBT на этой длине волны (4,5 микрона). Температурная карта показала плавное изменение температуры на поверхности озера, от примерно 270 Кельвинов на западном конце, где, казалось, началось опрокидывание, до 330 Кельвинов на юго-восточном конце, где перевернутая лава была самой свежей и горячей.
Используя информацию о температуре и скорости охлаждения магмы, полученную в результате исследований вулканов на Земле, де Клер смог вычислить, как недавно новая магма обнажилась на поверхности. Результаты — от 180 до 230 дней до наблюдений на западном конце и за 75 дней до восточного — согласуются с более ранними данными о скорости и времени опрокидывания.Интересно, что опрокидывание началось в разное время на двух сторонах прохладного острова в центре озера, которое существует с тех пор, как «Вояджер» сфотографировал его в 1979 году.
«Скорость опрокидывания также различается на двух сторонах острова, что может иметь какое-то отношение к составу магмы или количеству растворенного газа в пузырьках в магме», — сказал де Клер. «Должны быть различия в подаче магмы на две половинки патеры, и все, что запускает начало переворота, успевает вызвать срабатывание обеих половин почти одновременно, но не точно. Эти результаты дают нам представление о сложной водопроводной системе. под Локи Патера ".Лавовые озера, такие как Локи Патера, переворачиваются, потому что остывающая поверхностная кора медленно утолщается, пока не становится более плотной, чем нижележащая магма, и опускается, увлекая за собой близлежащую кору в виде волны, распространяющейся по поверхности.
Согласно де Патеру, когда кора распадается, магма может выбрасываться в виде огненных фонтанов, подобных тем, которые наблюдались в лавовых озерах на Земле, но в меньшем масштабе.Де Клер и де Патер с нетерпением ждут других покрытий Ио, чтобы проверить свои выводы, но им придется подождать до следующего выравнивания в 2021 году. На данный момент де Клер рад, что интерферометр, соединяющий два телескопа, с адаптивной оптикой на каждое уникальное затмение сошлось, как и планировалось той ночью два года назад.
«Мы не были уверены, что такое сложное наблюдение сработает, — сказала она, — но мы все были удивлены и довольны тем, что оно сработало».