ترتبط أهم الاكتشافات الفلكية في تاريخ استكشاف الفضاء باسم غاليليو غاليلي. كان بفضل هذا الموهوب الإيطالي المليء أن العالم في عام 1610 عرف لأول مرة عن وجود أقمار المشتري الأربعة. في البداية ، حصلت هذه الأجسام السماوية على اسم جماعي - الأقمار الصناعية الجليل. في وقت لاحق ، تم إعطاء كل واحد منهم اسمًا: Io و Europa و Ganymede و Callisto. إن كل واحد من أكبر أربعة أقمار من كوكب المشتري مثير للاهتمام بطريقته الخاصة ، ولكنه ساتل أيو يبرز بين سواتل الجليل الأخرى. هذا الجرم السماوي هو الأكثر غرابة وغير عادية بين الأشياء الأخرى في النظام الشمسي.
ما هو غير عادي في الأقمار الصناعية Io؟
بالفعل مع ملاحظة واحدة من خلال تلسكوب ، يبرز الساتل أيو لظهوره بين سواتل أخرى من النظام الشمسي. فبدلا من السطح الرمادي المعتاد الموحل ، يمتلك الجسم السماوي قرصا أصفر اللون. لمدة 400 عام ، لم يتمكن الإنسان من العثور على سبب هذا اللون غير العادي لسطح القمر الصناعي للمشتري. فقط في نهاية القرن العشرين ، كان من الممكن الحصول على معلومات حول الأقمار الصناعية الجليليينية بفضل رحلات تحقيقات الفضاء الآلية إلى المشتري العملاق. كما تبين ، ربما يكون Io أكثر الجسم النشط بركانياً في النظام الشمسي من حيث الجيولوجيا. وقد تأكد ذلك من خلال العدد الضخم من البراكين النشطة التي تم اكتشافها على قمر المشتري. حتى الآن ، حددوا حوالي 400 وهي في المنطقة ، وهي أصغر 12 مرة من مساحة كوكبنا.
تبلغ مساحة سطح القمر Io 41.9 متر مربع. كم. تبلغ مساحة الأرض 510 مليون كم ، ويوجد على سطحها حاليًا 522 براكًا نشطًا.
في الحجم ، العديد من البراكين Io تتجاوز حجم البراكين الأرضية. وفقا لشدة الثوران ، مدتها وقوتها ، يتجاوز النشاط البركاني على القمر الصناعي جوبيتير المؤشرات الأرضية المماثلة.
بعض البراكين من هذا القمر الصناعي تبعث كمية كبيرة من الغازات السامة إلى ارتفاع 300-500 كم. في نفس الوقت ، سطح القمر الصناعي الأكثر غرابة في النظام الشمسي Io هو سهل واسع ، في وسطه توجد سلسلة جبلية ضخمة ، مقسومة بتدفقات من الحمم البركانية الضخمة. يبلغ متوسط مرتفعات الجبل في جزيرة Io 6 إلى 6.5 كيلومتر ، لكن هناك قمم جبلية هنا أكثر من 10 كيلومترات. على سبيل المثال ، يبلغ ارتفاع جنوب جبل بوزافلا 17-18 كم ، وهو أعلى قمة في المجموعة الشمسية.
تقريبا كامل سطح القمر الصناعي هو نتيجة لثوران عمرها قرون. ووفقاً للدراسات الإرشادية التي تم إجراؤها من فوياجر -1 ، المسابر الفضائية Voyager-2 وغيرها من الأجهزة ، فإن المادة السطحية الرئيسية للساتل Io هي الكبريت المتجمد وثاني أكسيد الكبريت والرماد البركاني. لماذا المناطق متعددة الألوان على سطح القمر الصناعي كثيرا. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن البراكين النشط يشكل باستمرار التباين المميز للتلوين لسطح القمر الصناعي Io. يمكن لأي كائن تغيير لونه الأصفر المشرق إلى الأبيض أو الأسود لفترة قصيرة. تشكل منتجات الانفجارات البركانية تركيبة رقيقة وغير متجانسة من الغلاف الجوي للقمر الصناعي.
وينجم هذا النشاط البركاني عن خصوصيات بنية الجسم السماوي ، الذي يتعرض باستمرار إلى حركة المد والجزر لحقل جاذبية الكوكب الأم وتأثيرات الأقمار الصناعية الكبيرة الأخرى من المشتري وأوروبا وغانيميد. نتيجة لتأثير الجاذبية الكونية في أحشاء القمر الصناعي ، ينشأ الاحتكاك بين القشرة والطبقات الداخلية ، مما يؤدي إلى تسخين طبيعي للمادة.
بالنسبة لعلماء الفلك وعلماء الجيولوجيا الذين يدرسون بنية الأجسام في النظام الشمسي ، فإن Io هي أرض اختبار حقيقية ونشطة ، حيث تحدث العمليات المميزة للفترة المبكرة من تكوين كوكبنا. العلماء في العديد من مجالات العلوم اليوم يدرسون بعناية جيولوجيا هذا الجرم السماوي ، مما يجعل الأقمار الصناعية الفريدة من Jupiter Io محل اهتمام وثيق.
حقائق مثيرة للاهتمام حول القمر الصناعي Io
يبلغ قطر الجسم السماوي النشط جيولوجيا في النظام الشمسي قطره 3630 كم. أبعاد Io ليست كبيرة بالمقارنة مع الأقمار الصناعية الأخرى في النظام الشمسي. من حيث معالمها ، يأخذ القمر الصناعي مكانًا متواضعًا رابعًا ، متجاوزًا Ganymede الضخم ، Titan و Callisto. قطر ايرو هو فقط 166 كم. يتجاوز قطر القمر - ساتل الأرض (3474 كم).
القمر الصناعي هو الأقرب إلى الكوكب الأم. المسافة من Io إلى Jupiter هي 420 ألف كم فقط. يمتلك المدار الشكل الصحيح تقريبًا ، والفرق بين الحضيض وأبوجليوم يبلغ 3400 كم فقط. يندفع الجسم في مدار دائري حول المشتري بسرعة هائلة تبلغ 17 كم / ثانية ، مما يجعل الدوران الكامل حوله في 42 ساعة من الأرض. تتم مزامنة الحركة في المدار مع فترة دوران المشتري ، لذلك يتم تحويل Io إليه دائمًا بنفس النصف المخي.
المعلمات الفيزيائية الفلكية الرئيسية للجسم السماوي هي كما يلي:
- كتلة Io هي 8.93x1022kg ، أي 1.2 مرة كتلة القمر.
- كثافة القمر الصناعي هي 3.52 جم / سم 3.
- التسارع بسبب الجاذبية على سطح Io هو 1.79 م / ث 2.
من خلال مراقبة موقف أيو في سماء الليل ، من السهل تحديد سرعة حركته. الجسم السماوي يتغير باستمرار موقفه بالنسبة للقرص الكوكبي للكوكب الأم. على الرغم من مجال الجاذبية الأرضية المثير للإعجاب إلى حد ما ، فإن Io غير قادر على الحفاظ على جو متجانس وثابت بشكل مستمر. إن غلاف الغاز الرفيع حول القمر المشتري هو فراغ كوني عمليًا ، ولا يمنع إطلاق منتجات الثوران في الفضاء الخارجي. هذا ما يفسر الارتفاع الهائل للأعمدة البركانية التي تحدث على Io. في غياب جو عادي ، تسود درجات حرارة منخفضة على سطح القمر الصناعي ، إلى -183 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة هذه ليست موحدة لسطح القمر الصناعي بأكمله. في صور الأشعة تحت الحمراء التي تم الحصول عليها من مسبار غاليليو الفضائي ، كان عدم التجانس لطبقة درجة الحرارة لسطح Io مرئيًا.
تسود درجات حرارة منخفضة على المنطقة الرئيسية للجسم السماوي. على خريطة درجة الحرارة هذه المناطق ملونة باللون الأزرق. ومع ذلك ، في بعض الأماكن على سطح القمر الصناعي هناك بقع برتقالية وحمراء زاهية. هذه هي مناطق النشاط البركاني الأعظم ، حيث تكون الانفجارات مرئية ومرئية بوضوح على الصور العادية. بيليه بركان ولوك الحمم تدفق هي المناطق الأكثر سخونة على سطح القمر الصناعي Io. درجة الحرارة في هذه المناطق تختلف من 100-130 درجة تحت الصفر على مقياس مئوية. النقاط الحمراء الصغيرة على خريطة درجة الحرارة هي حفر البراكين النشطة ومواقع الكسر في القشرة الأرضية. هنا درجة الحرارة تصل إلى 1200-1300 درجة مئوية.
هيكل السواتل
غير قادر على الهبوط على السطح ، العلماء يعملون الآن بنشاط على نمذجة هيكل القمر جوفيان. من المفترض أن يكون الساتل يتكون من صخور سيليكات مخففة بالحديد ، والتي تميز بنية الكواكب الأرضية. وهذا ما تؤكده الكثافة العالية لـ Io ، وهي أعلى من جيرانها - جانيميد وكاليستو وأوروبا.
النموذج الحديث ، القائم على البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة المسابير الفضائية ، هو كما يلي:
- في وسط القمر الصناعي ، النواة الحديدية (كبريتيد الحديد) ، التي تشكل 20٪ من كتلة أيو ؛
- الوشاح ، الذي يتكون من معادن طبيعة الكويكب ، في حالة شبه سائلة ؛
- طبقة الصهارة الجوفية السميكة بطول 50 كم.
- يتكون الغلاف الصخري للقمر الصناعي من مركبات الكبريت والبازلت ، ويبلغ سمكه 12-40 كم.
بتقييم البيانات التي تم الحصول عليها في المحاكاة ، خلص العلماء إلى أن القمر الصناعي Io core يجب أن يكون له حالة شبه سائلة. إذا كانت مركبات الكبريت موجودة مع الحديد ، يمكن أن يصل قطرها إلى 550-1000 كم. إذا كانت مادة معدنية بالكامل ، يمكن أن يتراوح حجم النواة بين 350-600 كم.
ونظراً إلى عدم اكتشاف أي مجال مغنطيسي أثناء دراسات السواتل ، لا توجد عمليات حمل حراري في قلب الساتل. على هذه الخلفية ، يطرح سؤال طبيعي ، ما هي الأسباب الحقيقية لمثل هذا النشاط البركاني المكثف ، حيث تستمد براكين Io طاقاتها؟
لا يسمح لنا الحجم الصغير للقمر الصناعي بأن نقول إن تسخين أحشاء جسم سماوي يتم إجراؤه بسبب تفاعل التسوس الإشعاعي. المصدر الرئيسي للطاقة داخل القمر الصناعي هو تأثير المد والجزر لجيرانه الكونيين. تحت تأثير جاذبية المشتري والأقمار الصناعية المجاورة ، يتأرجح Io في مداره الخاص. يبدو أن القمر الصناعي يتأرجح ، ويعاني من اهتزاز قوي (هزاز منتظم) أثناء تحركه. هذه العمليات تؤدي إلى انحناء سطح الجسم السماوي ، مما يسبب تسخين ديناميكي حراري في الغلاف الصخري. يمكن مقارنة ذلك مع ثني السلك المعدني ، والذي يكون في موقع منعطف شديد الحرارة. في حالة Io ، تحدث كل هذه العمليات في الطبقة السطحية من الوشاح على الحدود مع الغلاف الصخري.
يتم تغطية القمر الصناعي بواسطة الرواسب - نتائج النشاط البركاني. ويختلف سمكها في المدى من 5 إلى 25 كم في أماكن التعريب الرئيسية. في لونها ، هذه هي بقع داكنة ، تناقض بقوة مع سطح أصفر ساطع من القمر الصناعي ، والناجمة عن تدفق السيما من الصهارة. على الرغم من العدد الكبير من البراكين النشطة ، لا تتجاوز المساحة الكلية لل calالديراس البركاني على Io 2٪ من مساحة سطح القمر الصناعي. وعمق الفوهات البركانية ضئيل ولا يتجاوز 50-150 متر. الإغاثة على معظم الجسم السماوي مسطح. فقط في بعض المناطق هناك سلاسل جبلية ضخمة ، على سبيل المثال ، مجمع بركان بيليه. بالإضافة إلى هذا التكوين البركاني على Io ، تم الكشف عن الكتلة الجبلية لالبركان Pater Ra ، والسلاسل الجبلية والكتل الصخرية ذات الأطوال المختلفة. معظمهم لديهم أسماء تتوافق مع الأسماء الجغرافية للأرض.
براكين Io وجوها
الأجسام الأكثر إثارة للاهتمام على القمر الصناعي أيو هي البراكين. يتراوح حجم المناطق ذات النشاط البركاني الزائد من 75 إلى 300 كم. حتى أول فوياجر أثناء رحلته سجل ثوران البراكين في وقت واحد على Io. وبعد بضعة أشهر ، أكدت الصور التي التقطتها مركبة فوياجر الفضائية عام 1979 المعلومات التي تفيد بأن الانفجارات في هذه النقاط لا تزال مستمرة. في المكان الذي يوجد فيه أكبر بركان بيليه ، تم تسجيل أعلى درجة حرارة سطح ، +600 درجة كلفن.
دراسات لاحقة للمعلومات من مسابير الفضاء سمحت لعلماء الفيزياء الفلكية والجيولوجيين بتقسيم جميع البراكين Io إلى الأنواع التالية:
- أكبر عدد من البراكين ، التي تبلغ درجة حرارتها 300-400 ك. يبلغ معدل انبعاث الغاز 500 م / ث ، ولا يتجاوز ارتفاع عمود الإرسال 100 كم ؛
- النوع الثاني يشمل أكثر البراكين سخونة وأقوى. هنا يمكنك الحديث عن درجات الحرارة في 1000K في كالديرا من البركان نفسه. يتميز هذا النوع بسرعة إخراج عالية تبلغ 1.5 كم / ثانية ، ويبلغ الارتفاع العملاق للسلطان الغازي 300-500 كيلومتر.
وينتمي بيليه فولكس إلى النوع الثاني ، حيث يوجد كالديرا يبلغ قطرها 1000 كيلومتر. تحتل الودائع نتيجة لثورات هذا العملاق مساحة ضخمة - مليون كيلومتر. شيء آخر بركاني ، باتر را ، لا يبدو أقل إثارة للاهتمام. من هذا المدار ، يشبه هذا الجزء من سطح القمر الساتلي رأسي رأسي بحري. تمتد تدفقات الحمم البركانية ، تمتد من موقع الثوران ، لمدة 200-250 كم. ولا تسمح أجهزة القياس الإشعاعي الحرارية للمركبات الفضائية بتحديد طبيعة هذه التدفقات بدقة ، كما هو الحال مع الكائن الجيولوجي في لوكي. يبلغ قطرها 250 كم ، ومن المحتمل أن تكون هذه البحيرة مليئة بالكبريت المنصهر.
إن الكثافة العالية للاندفاعات والحجم الهائل للكاراكات لا يغيران فقط من راحة القمر الصناعي والمناظر الطبيعية على سطحه فحسب ، بل يشكلان أيضًا غلافًا للغاز - وهو نوع من الغلاف الجوي.
العنصر الرئيسي في الغلاف الجوي للقمر الصناعي من كوكب المشتري هو ثاني أكسيد الكبريت. في الطبيعة ، هو غاز ثاني أكسيد الكبريت مع عدم وجود لون ، ولكن مع رائحة قوية. بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكبريت ، تم الكشف عن أول أكسيد الكبريت ، كلوريد الصوديوم ، ذرات الكبريت و ذرات الأكسجين في الطبقة البينية الغازية.
ثاني أكسيد الكبريت على الأرض هو المضافات الغذائية الشائعة ، والتي تستخدم على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية كما E220 حافظة.
الغلاف الجوي الرقيق للساتل Io غير متساوي في كثافته وسمكه. يتميز الضغط الجوي للقمر الصناعي أيضًا بعدم التناسق. الحد الأقصى لقيمة الضغط الجوي Io هو 3 nbar ويلاحظ في منطقة خط الاستواء في نصف الكرة الأرضية ، والتي تواجه المشتري. توجد القيم الدنيا للضغط الجوي على الجانب الليلي من القمر الصناعي.
إن سلاطين الغازات الساخنة ليسوا بطاقة الزيارة الوحيدة لقمر المشتري. حتى مع وجود جو مشتت بقوة ، يمكن ملاحظة الشفق في المنطقة الاستوائية فوق سطح الجسم السماوي. وترتبط هذه الظواهر الجوية بتأثير الإشعاع الكوني على جسيمات مشحونة تدخل الطبقة العليا من الغلاف الجوي أثناء اندلاع بركان أيو.
البحوث الفضائية Io
بدأت دراسة مفصلة لكواكب عمالقة الغاز وأنظمتهم في 1973-1974 مع بعثات المسابير الفضائية Pioner-10 و Pioneer-11. زودت هذه البعثات العلماء بالصور الأولى للساتل Io ، والتي على أساسها أجريت حسابات أكثر دقة لحجم الجسم السماوي ومعلماته الفلكية الفيزيائية. خلف الرواد ، انطلقت مسباران فضائيان أمريكيان هما فوياجر 1 وفوياجر 2 إلى المشتري. نجحت الوحدة الثانية في الاقتراب من Io بأكبر قدر ممكن على مسافة 20 ألف كم وجعل الصور أفضل من مسافة قريبة. كان بفضل عمل Voyagers أن الفلكيين وعلماء الفيزياء الفلكية حصلوا على معلومات عن وجود نشاط بركاني نشط على هذا القمر الصناعي.
واستمرت مهمة المركبة الفضائية ناسا غاليليو ، التي بدأت في عام 1989 ، في مهمة أول مسبار فضائي ، درس الفضاء الخارجي بالقرب من المشتري. بعد 6 سنوات ، وصلت السفينة إلى المشتري ، لتصبح القمر الاصطناعي. وبالتوازي مع دراسة الكوكب العملاق ، تمكن المسبار الأوتوماتيكي Galileo من نقل البيانات على سطح القمر Io إلى الأرض. وخلال الرحلات الجوية المدارية من المسبار الفضائي ، تلقت مختبرات الأرض معلومات قيمة عن هيكل الساتل والبيانات المتعلقة بهيكله الداخلي.
بعد استراحة قصيرة في عام 2000 ، اعترض المسبار الفضائي "كاسيني-هيغينز" التابع لوكالة الفضاء الأميركية (ناسا) ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) الهراوة في دراسة أكثر السواتل الفريدة في المجموعة الشمسية. شاركت دراسة ودراسة جهاز Io خلال رحلته الطويلة إلى تيتان - قمر زحل. تم الحصول على أحدث بيانات الأقمار الصناعية باستخدام مسبار الفضاء الحديث New Horizons ، الذي طار بالقرب من Io في فبراير 2007 على الطريق إلى حزام كوي Kuر. قدمت مجموعة جديدة من الصور إلى علماء المراصد الأرضية وتلسكوب هابل الفضائي.
حاليا ، تعمل المركبة الفضائية جونو التابعة لناسا في مدار المشتري. بالإضافة إلى دراسة المشتري ، يستمر مطياف الأشعة تحت الحمراء في دراسة النشاط البركاني للساتل Io. تسمح البيانات المرسلة إلى الأرض للعلماء بمراقبة البراكين النشطة على سطح هذا الجسم السماوي المثير للاهتمام.
