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Vorbeiflüge an Jupiters feurigem Mond Io, durchgeführt von der NASA-Raumsonde Juno, tragen zur Lösung des anhaltenden Rätsels bei, warum der kleine Mond der vulkanisch aktivste Körper in unserem Sonnensystem ist.
Io ist ähnlich groß wie der Erdmond und verfügt über schätzungsweise 400 Vulkane, die ständig Lavawolken freisetzen, die die Oberfläche des Mondes bedecken.
Die Juno-Mission, die Jupiter und seine Monde seit Juli 2016 umkreist und beobachtet, flog im Dezember 2023 und Februar unglaublich nah an Io vorbei. Die Raumsonde flog bis auf 1.500 Kilometer an die Mondoberfläche heran und erfasste Bilder und Daten. Zusammengenommen haben Junos Vorbeiflüge einen beispiellosen Blick auf den glühenden Mond ermöglicht, einschließlich der erstmaligen Beobachtung seiner Pole.
Forscher präsentierten einige Ergebnisse einer Analyse der Vorbeiflugdaten am Mittwoch auf der Jahrestagung der American Geophysical Union in Washington, D.C. Ein Artikel, der einige der Ergebnisse detailliert beschreibt, wurde am Donnerstag auch in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
„Io ist eines der faszinierendsten Objekte im gesamten Sonnensystem“, sagte Studienkoautor Scott Bolton, Juno-Hauptforscher und stellvertretender Vizepräsident am Southwest Research Institute in San Antonio. „Wir können sehen, dass dieser Körper an beiden Polen und in der gesamten Mitte vollständig mit Vulkanen bedeckt ist, die ständig ausbrechen.“
Die neuen Daten deuten darauf hin, dass die zahlreichen Vulkane auf Io wahrscheinlich jeweils von einer eigenen Kammer aus heißem Magma angetrieben werden und nicht von einem globalen Ozean aus Magma unter der Oberfläche gespeist werden. Letzteres war lange Zeit eine vorherrschende Hypothese der Astronomen.
Der Befund könnte die Art und Weise verändern, wie Astronomen Monde verstehen, die von unterirdischen globalen Ozeanen in unserem Sonnensystem dominiert werden, wie etwa Jupiters Mond Europa und Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.
Der italienische Astronom Galileo Galilei, bekannt als Vater der modernen Astronomie, entdeckte Io am 8. Januar 1610.
Aber die wilde vulkanische Aktivität des Mondes wurde nicht entdeckt bis Voyager 1 1979 an Jupiter und seinen Monden vorbeiflog und Ios dynamische Oberfläche enthüllte, die einer Peperonipizza ähnelte, sagte Bolton.
In diesem Jahr identifizierte Linda Morabito, eine Bildwissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, als erste Person eine Vulkanwolke, als sie ein von Voyager 1 aufgenommenes Bild von Io untersuchte.
Die Enthüllung löste ein jahrzehntelanges Rätsel aus, als Astronomen sich über die Ursprünge der ständigen vulkanischen Aktivität auf Io wunderten.
„Seit Morabitos Entdeckung fragen sich Planetenforscher, wie die Vulkane von der Lava unter der Oberfläche gespeist wurden“, sagte Bolton. „Gab es einen flachen Ozean aus weißglühendem Magma, der die Vulkane antreibt, oder war ihre Quelle eher lokalisiert? Wir wussten, dass Daten von Junos zwei sehr nahen Vorbeiflügen uns einige Einblicke in die tatsächliche Funktionsweise dieses gequälten Mondes geben könnten.“
Io umkreist Jupiter, den größten Planeten unseres Sonnensystems, den Bolton als „Monster“ bezeichnet. Die Umlaufbahn des Mondes ist unvollkommen, was bedeutet, dass er während seiner Umlaufbahn manchmal näher an Jupiter herankommt und manchmal weiter davon entfernt ist. Io umrundet den Planeten alle 42,5 Stunden einmal.
Jupiters massiver Gravitationseinfluss drückt Io zusammen, während er den Planeten umkreist, wie eine Hand einen Gummiball zusammendrückt, der den Mond erwärmt. Dieses Phänomen wird als Gezeitenbiegung oder Reibung durch Gezeitenkräfte bezeichnet, die innere Wärme erzeugen.
„Das ist es, was in Io passiert“, sagte Bolton. „Dieses Zusammendrücken erzeugt Hitze und es wird so heiß, dass (Ios) Innereien buchstäblich schmelzen und herausspringen. Die Eruptionen sind konstant. Es ist wie ein ununterbrochener Regensturm. Es bricht einfach immer überall aus.“
Die ständige Bewegung des Jupiters auf Io erzeugt enorme Energie, die einen Teil des Mondinneren zum Schmelzen bringen würde, sagte Bolton. Und wenn die Schmelze stark genug wäre, würde ein globaler Magma-Ozean entstehen, den Juno mit seinen Instrumenten erkennen könnte.
Während seiner nahen Vorbeiflüge erfasste Juno hochpräzise Doppler-Daten, die die Schwerkraft von Io maßen, indem sie verfolgten, wie sich die Annäherung an den Mond auf die Beschleunigung des Raumfahrzeugs auswirkte. Die Daten wurden mit Beobachtungen früherer Missionen verglichen, die am Jupiter und seinen Monden vorbeigeflogen sind, beispielsweise mit der Galileo-Raumsonde der NASA, sowie mit bodengestützten Teleskopen.
Zusammengenommen deuten die Beobachtungen auf ein starres, größtenteils festes Inneres unter der Oberfläche von Io hin und nicht auf einen globalen Magma-Ozean – und lösen damit ein 45 Jahre altes Rätsel, das durch die Beobachtungen von Voyager 1 ausgelöst wurde. Stattdessen werden die Vulkane von mehr lokalen Quellen angetrieben, und jeder von ihnen hat seine eigene Magmatasche unter sich.
„Junos Entdeckung, dass Gezeitenkräfte nicht immer globale Magma-Ozeane erzeugen, veranlasst uns nicht nur dazu, unser Wissen über das Innere von Io zu überdenken“, sagte der leitende Studienautor Ryan Park, ein Juno-Mitforscher und Leiter der Solar System Dynamics Group am JPL , in einer Erklärung. „Es hat Auswirkungen auf unser Verständnis anderer Monde, wie zum Beispiel (Saturns) Enceladus und Europa, und sogar Exoplaneten und Supererden. Unsere neuen Erkenntnisse bieten die Gelegenheit, unser Wissen über die Entstehung und Entwicklung von Planeten zu überdenken.“
Die Mission hat auch dazu beigetragen, eine Reihe von Bildern aufzunehmen, die Ios „ursprüngliche Fantasielandoberfläche“ zeigen, sagte Heidi Becker, eine Planetenforscherin am JPL, die nicht an der Studie beteiligt war. Die Bilder rücken verschiedene Merkmale auf Io wie nie zuvor in den Fokus, darunter Inseln, die auf riesigen Lavaseen gesichtet wurden, wie zum Beispiel einer namens Loki Patera, der so groß ist, dass Astronomen ihn eher mit einem Lavameer auf der Oberfläche von Io vergleichen.
Die Raumsonde Juno liefert weiterhin neue Erkenntnisse über Jupiter und seine Monde, nachdem sie kürzlich am 24. November einen Vorbeiflug an Jupiters wirbelnden Wolkendecken abgeschlossen hat. Als nächstes wird Juno am 27. Dezember 2.175 Meilen (3.500 Kilometer) über Jupiters Zentrum fliegen und dabei 645,7 Millionen protokollieren Meilen (1,04 Milliarden Kilometer) seit Beginn der Erforschung des Jupiter vor acht Jahren.
