Чудовищное извержение на Ио! Часть 2.

на основе статьи в "Вестнике Обсерватории Гемини", 

Katherine de Kleer,

октябрь 2014 года

(окончание. Начало здесь)

Изучение далекого прошлого Земли

Вулканизм - один из немногих процессов, тесно связанный с внутренним строением планет, это один из редких способов изучения того, что происходит внутри них. Вопрос о химическом составе магмы Ио по-прежнему остается без ответа, хотя он важен для того, чтобы понять как внутренняя структура Ио превращает приливные силы в извержения вулканов.

Извергает ли Ио в магме базальтовые лавы аналогично тому, что мы видим на Земле (как на гавайском Килауэа, например) или ее состав радикально отличается?  Определив пиковую температуру извержения, мы можем получить представление о том, какие минералы находятся там в расплавленной форме. Базальтовые лавы извергаются в магме температурой около 1475 К. Более высокие температуры могут показать, что у нас присутствуют магмы богатые магнием в ультрамафитной композиции, которым для плавления нужна температура больше, чем была на Земле в начальный период ее формирования.

Геологические особенности Земли говорят нам о том, что этот поздний тип вулканизма был распространен на Земле 1-2 млрд лет назад, уже во время эволюции жизни. И, если здесь мы можем только догадываться о том, какие это были извержения на основе косвенных признаков, на Ио этот процесс происходит прямо сейчас, что позволяет нам, иными словами, посмотреть в прошлое.

Температуры извержений могут быть определены по спектрам ближнего инфракрасного диапазона (2-5 микрон), где видны пики термальной эмиссии от объектов с температурой в диапазоне от 600 до 1450 К. Сочетая данные от IRTF и Северного Близнеца мы получили спектр извержения, и смоделировали это событие как многокомпонентную систему, включавшую в себя небольшие зоны высокой температуры и большие и более холодные области, по которым текла лава. Мы подогнали модель к спектрам, чтобы определить температуры и излучающие области различных компонентов. 

Рис. 4. показывает спектр вспышки для моделей с температурой 1475 К, соответствующей базальтовой, и 1900 К - ультрамафитной лаве. 

Нижняя граница нашей модели проходила на уровне 1200-1300 К с температурами наилучшего соответствия выше 1500 К. Это означало ультрамафитную магму, но трудность в наблюдении Ио на более коротких волнах, чтобы найти верхнюю границу модели, не дало возможность определить эту границу. И пока вопрос состава магмы Ио по-прежнему остается загадкой.

Фонтаны лавы.

Высокие значения измеренных нами температур говорят о том, что лава постоянно фонтанирует на участке в десятки квадратных км. Эшли Дэвис (Ashley Davies), участник нашей команды, вулканолог из Лаборатории Реактивного Движения, который является специалистом по Ио, говорит, что скорее всего извержение происходит в виде фонтанов огня, вырывающихся из длинных расщелин на поверхности Ио. 

Вулканические события на Ио делятся на яркие вспышки, которые длятся часы, и на горячие пятна, которые видны неделями. Почти ежедневные наблюдения на телескопе Северный Близнец в течение двух недель, начиная с 29 августа, позволили нам увидеть быстрое затухание вспышки по мере ее превращения из фонтана огня в медленно охлаждавшиеся потоки лавы, которые покрыли тысячи квадратных км поверхности. Рис. 3 показывает изменения в яркости извержения на волне 3.8 микрон.

Мы измерили пиковую мощность извержения, которая составила 15-25 тераватт (ТВт), и это значение делает его одним из самых мощных в Солнечной Системе на текущий момент. А мощность самого сильного извержения в области Сирт на Ио, которое наблюдали в 2001 году, составило 78 ТВт! Оба эти значения значительно превышают современные вулканы на Земле - для сравнения, мощность извержения вулкана Eyjafjallajökull в Исландии в пике составляла всего лишь 1 Гигаватт!

Перспектива

Хотя такие мощные и зрелищные извержения сами по себе очень важны для изучения Ио, наше понимание глобальной картины вулканизма в Солнечной Системе требует более широкого охвата вулканических процессов этого спутника по времени. Понимая это, мы проводили мониторинг Ио на Северном Близнеце с осени 2013 года, и продолжим наши наблюдения в 2015м году. Эта программа позволит нам увидеть изменения в общей вулканической активности Ио и эволюцию отдельных активных участков его поверхности неделю за неделей. Цель исследования - понять, как распределяется в пространстве и во времени внутреннее тепло Ио при его рассеянии вулканами. 

В дополнение к этому регулярные наблюдения дадут возможность не пропустить на Ио большие извержения. Обнаружение трех извержений с высокой энергией в течение одного месяца - крайне редкое событие.  Возможно, эти извержения были как-то связаны между собой, и группы извержений - более частое явление, чем мы предполагаем? Или, возможно, нам удалось поймать уникальное совпадение трех совершенно не связанных между собой извержений.  Тогда, может быть, мы недостаточно хорошо представляем себе частоту, с которой могут происходить такие извержения?

В настоящий момент у нас слишком мало данных, чтобы судить о чем-то с большой долей уверенности. Дальнейшие наблюдения на Северном Близнеце позволят нам уточнить эти вопросы.