Proč je Jupiterův měsíc Io plný sopek, které tryskají až 500 km nad povrch?

Jupiterův měsíc Io oplývá mimořádně silnou vulkanickou aktivitou. Vzhledem k jeho relativně malému průměru (3 643 km) srovnatelnému s velikostí našeho Měsíce je to poměrně neočekávané. Kosmické sondy Voyager (1979) a Galileo (1996) však poskytly nezvratné důkazy. Sopečné fontány plynů a prachu s vysokým obsahem oxidu uhličitého a síry mohou vytrysknout až do výšky téměř 500 km nad povrch měsíce. Sopečná činnost je neustále intenzivní a výrazně mění vzhled povrchu v širokém okolí sopek. Barevná pestrost měsíce Io je dána přítomností síry, která má různé odstíny v závislosti na teplotě.

Pod vlivem gravitace

Za existenci sopečné činnosti vděčí Io slapovému působení Jupitera a dalších velkých měsíců této obří planety. Podle astronomů se po jeho povrchu vzdouvají téměř 50 m vysoké vlny suchého přílivu. Teplota povrchu Io je −143 °C, avšak vylitá láva může naproti tomu dosahovat teploty kolem +1 400 °C. Slapové síly a s nimi spojené vnitřní tření produkují obrovské množství tepelné energie. Horniny se zahřívají, jejich objem se zvětšuje, postupně se mění jejich skupenství a v podobě lávy nebo obrovských dlouhotrvajících výronů směsi plynů a drobných částeček hmoty pronikají na povrch, případně unikají do blízkého kosmického prostoru. Nitro měsíce občas vzkypí a obsah tohoto „přetlakového hrnce“ vyrazí na povrch v podobě sopečných erupcí.

Například u sopky nazvané Loki Patera byl pozorován proud lávy dlouhý až 150 km. V roce 1997 byla zaregistrována velká erupce doprovázená výlevem čerstvé lávy, která v oblasti Pillan Patera pokryla plochu o rozloze více než 3 500 km2. Na Io bylo zaregistrováno téměř čtyři sta sopek. Tento měsíc je tak geologicky nejaktivnějším tělesem ve Sluneční soustavě.

Soptící Io na fotkách

Americká kosmická sonda New Horizons prolétla kolem planety Jupiter 28. února 2007. Tento průlet posloužil především jako gravitační manévr (gravitační prak) pro urychlení sondy a úpravu její dráhy tak, aby v červenci 2015 mohla uskutečnit průzkum trpasličí planety Pluto.

Nezahálely však ani některé vědecké přístroje na palubě, především kamery. Fotografie měsíce Io tak zachycují například obrovský chochol vulkánu Tvashtar v podobě rozevřeného deštníku. Na snímcích byl zřetelně vidět rovněž pohyb vyvrženého vulkanického materiálu, stoupajícího do výšky 330 km a následně padajícího v důsledku přitažlivosti měsíce zpět na povrch. Pořízené fotografie poskytly vědcům unikátní informace o dynamice pohybu částic v pozorovaném sopečném útvaru.

Měsíc, který zapáchá

Arielle Moulletová z Harvard Smithsonian Center for Astrophysics využila se svými spolupracovníky radioteleskop SMA (Submillimeter Array) v oblasti Mauna Kea na Havajských ostrovech a zjišťovala přítomnost některých chemických prvků v atmosféře měsíce Io, jako je například oxid siřičitý či chlorid sodný. „Tyto druhy páchnoucích plynů byly lokalizovány velice blízko hlavních vulkanických center, což může naznačovat, že jsou skutečně produkovány vulkanickými procesy,“ říká Arielle Moulletová. Připouští, že tento měsíc vůbec není příjemným místem, protože doslova zapáchá sirnými plyny jako „shnilá vejce“.

Sopky chrlí materiál, který rychle zamrzá po dosažení povrchu měsíce, protože jeho teplota může klesnout na méně než −143 °C. Vrstvy sirného ledu postupně sublimují (přímo se přeměňují na plyny), čímž vytvářejí pozorovanou řídkou atmosféru Jupiterova souputníka. Intenzivní geologická aktivita na měsíci Io je rovněž zodpovědná za vznik vysokých pohoří včetně některých horských masivů vyšších než Mount Everest. Například Boosaule Mons, vypínající se do výšky 18 km, je nejvyšší horou na měsíci Io a jednou z nejvyšších hor v celé Sluneční soustavě.

Konec vulkanické aktivity?

Vulkanicky nejaktivnější těleso ve Sluneční soustavě však nedávno obdrželo od astronomů „rozsudek smrti“. Sopečná činnost Jupiterova měsíce Io, jehož povrch je doslova poset aktivními vulkány, jednoho dne ustane. Vyplývá to z nové studie analyzující pozorování za více než sto let.

Během oběhu je měsíc Io vystaven rozdílné intenzitě gravitačního působení Jupitera. Tyto změny v přitažlivosti způsobují, že se těleso deformuje, na jeho povrchu se vytváří vyboulenina vysoká několik desítek metrů, která se během oběhu kolem planety posouvá. Tím se generuje dostatečné množství tepla, jež „pohání“ vulkanickou aktivitu Io.

Avšak nebylo tomu tak vždycky. Pokud by byl měsíc Io jediným satelitem Jupitera, silná gravitace planety by jej nakonec navedla na téměř kruhovou dráhu. Oběh po eliptické dráze zapříčiňují gravitační interakce velkých měsíců planety – Europy a Ganymeda. Za dobu, kdy Ganymed vykoná jeden oběh, oběhne měsíc Europa planetu dvakrát, a Io dokonce čtyřikrát. Jedná se o typ vzájemné gravitační vazby, pojmenované Laplaceova rezonance.

Avšak Valéry Lainey z observatoře v Paříži zjistil, že se ve skutečnosti tyto měsíce pomalu dostávají mimo rezonanci – Europa a Ganymed se od planety Jupiter postupně vzdalují, zatímco Io se k ní naopak přibližuje. Není ještě zcela jasné, kdy mohou Jupiterovy měsíce z dosavadní rezonance uniknout. „Pokud k tomu dojde v blízké době, řekněme sto milionů let či méně, pak můžeme být šťastní, že jsme pozorovali měsíc Io na vrcholu jeho vulkanické aktivity, protože následné období klidu mimo vzájemnou rezonanci pro něj bude znamenat doslova smrt,“ popisuje Gerald Schubert z Kalifornské univerzity v Los Angeles.