Neue Radiodaten des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zeigen erstmals die direkten Auswirkungen von vulkanischer Aktivität auf die Atmosphäre des Jupitermondes Io.
Io ist der vulkanisch aktivste Mond unseres Sonnensystems. Er beherbergt mehr als 400 aktive Vulkane, die Schwefelgase emittieren, was Io seine gelben, weißen und orange-roten Farben gibt, wenn sie auf seiner Oberfläche ausfrieren.
Obwohl sie extrem dünn ist (etwa eine Milliarde Mal dünner als die Erdatmosphäre), besitzt Io eine Atmosphäre, die uns etwas über Ios vulkanische Aktivität verraten kann. Sie bietet uns ein Fenster in das exotische Innere des Mondes und in die Prozesse, die unter seiner farbenprächtigen Kruste ablaufen.
Frühere Studien haben gezeigt, dass Ios Atmosphäre von Schwefeldioxidgas dominiert wird, das letztendlich von der vulkanischen Aktivität stammt. „Allerdings ist nicht bekannt, welcher Prozess die Dynamiken in Ios Atmosphäre antreibt“, sagte Imke de Pater von der University of California in Berkeley. „Ist es vulkanische Aktivität oder Gas, das von der eisigen Oberfläche sublimiert (also direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht), wenn sich Io im Sonnenlicht befindet?“
Um zwischen den verschiedenen Prozessen zu unterscheiden, die Ios Atmosphäre erzeugen, nutzte ein Astronomenteam ALMA, um Schnappschüsse des Mondes zu machen, wenn er in Jupiters Schatten eintritt und wieder aus selbigem herauskommt (eine Finsternis).
„Wenn Io in Jupiters Schatten eintritt und sich nicht mehr im direkten Sonnenlicht befindet, ist es zu kalt für das Schwefeldioxidgas und es kondensiert auf Ios Oberfläche. Während dieser Zeit können wir nur vulkanische Schwefeldioxidquellen sehen. Daher können wir genau erkennen, wie viel der Atmosphäre durch vulkanische Aktivität bedingt ist“, erklärte Statia Luszcz-Cook von der Columbia University in New York.
Dank ALMAs exzellenter Auflösung und Empfindlichkeit konnten die Astronomen erstmals deutlich die Schwefeldioxid (SO2)- und Schwefelmonoxid (SO)-Fahnen erkennen, die aus den Vulkanen aufsteigen. Basierend auf den Schnappschüssen berechneten sie, dass aktive Vulkane etwa 30-50 Prozent von Ios Atmosphäre produzieren.
Die ALMA-Bilder zeigten auch ein drittes Gas, das aus den Vulkanen ausströmt: Kaliumchlorid (KCl). „Wir sehen Kaliumchlorid in vulkanischen Regionen, wo wir kein Schwefeldioxid oder Schwefelmonoxid sehen“, sagte Luszcz-Cook. „Das ist ein deutlicher Beleg dafür, dass die Magmavorkommen unter verschiedenen Vulkanen unterschiedlich ausgeprägt sind.“
Io ist vulkanisch aktiv aufgrund eines Prozesses, der als Gezeitenreibung bezeichnet wird. Io umkreist Jupiter in einer Umlaufbahn, die nicht kreisförmig ist. Wie unser Mond der Erde immer dieselbe Seite zeigt, weist auch Io immer dieselbe Seite dem Jupiter zu. Die gravitative Anziehung von Jupiters anderen Monden Europa und Ganymed erzeugt gewaltige Mengen innerer Reibung und Wärme, was Vulkane wie den mehr als 200 Kilometer breiten Vulkan Loki Patera entstehen lässt. „Durch die Untersuchung von Ios Atmosphäre und vulkanischer Aktivität können wir nicht nur etwas über die Vulkane selbst erfahren, sondern auch über die Gezeitenreibung und den inneren Aufbau Ios“, sagte Luszcz-Cook.
Eine große Unbekannte bleibt die Temperatur in Ios unterer Atmosphäre. In zukünftigen Studien hoffen die Astronomen, sie mittels ALMA messen zu können. „Um die Temperatur von Ios Atmosphäre zu messen, müssen wir in unseren Beobachtungen eine höhere Auflösung erzielen, was die Beobachtung des Mondes für eine längere Zeitspanne erfordert. Das können wir nur tun, wenn sich Io im Sonnenlicht befindet, weil er nicht viel Zeit im Schatten Jupiters verbringt“, sagte de Pater. „Während einer solchen Beobachtung wird Io um einige Grad rotieren. Wir müssen Software anwenden, die uns bei der Erstellung unverschwommener Bilder hilft. Das haben wir früher schon mit ALMA-Radiobildern von Jupiter und dem Very Large Array (VLA) getan.“
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, betrieben von Associated Universities, Inc. im Rahmen eines Kooperationsvertrags.
Video-Link: https://vimeo.com/470426427
(THK)
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