IO (SATELLIT): EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, UMLAUFBAHN, BEWEGUNG, STRUKTUR - ARTE - 2025

Io ist Teil der vier so genannten galiläischen Satelliten (Io, Europa, Ganymede, Callisto), weil sie 1610 von Galileo Galilei mit einem von ihm selbst gebauten rudimentären Teleskop entdeckt wurden.

Es ist der drittgrößte der galiläischen Satelliten und der verbleibenden 75 Jupiter-Satelliten. In der Reihenfolge des Umlaufradius ist es der fünfte Satellit und der erste der Galiläer. Sein Name stammt aus der griechischen Mythologie, in die Io eine der vielen Mädchen war, in die sich der Gott Zeus, in der römischen Mythologie auch Jupiter genannt, verliebt hat.

Abbildung 1. Io ist Teil der vier Satelliten, die 1610 von Galileo Galilei entdeckt wurden, und von den vier Satelliten ist es dem Planeten am nächsten. (Wikimedia Commons).

Io ist ein Drittel des Erddurchmessers und ungefähr so ​​groß wie unser Satellit, der Mond. Im Vergleich zu den anderen Satelliten im Sonnensystem liegt Io an fünfter Stelle, gefolgt vom Mond.

Die Oberfläche von Io hat Gebirgszüge, die sich von den weiten Ebenen abheben. Es werden keine Einschlagkrater beobachtet, was darauf hinweist, dass sie durch ihre große geologische und vulkanische Aktivität, die als die größte im Sonnensystem gilt, gelöscht wurden. Seine Vulkane produzieren Wolken von Schwefelverbindungen, die sich 500 km über seiner Oberfläche erheben.

Auf seiner Oberfläche befinden sich Hunderte von Bergen, einige höher als der Mount Everest, die aufgrund des intensiven Vulkanismus des Satelliten entstanden sind.

Die Entdeckung von Io im Jahr 1610 und der anderen galiläischen Satelliten veränderte die Perspektive unserer Position im Universum, da wir zu dieser Zeit als Zentrum von allem angesehen wurden.

Durch die Entdeckung "anderer Welten", wie Galileo die Satelliten nannte, die sich um Jupiter drehten, wurde die von Copernicus vorgeschlagene Idee, dass sich unser Planet um die Sonne drehte, praktikabler und greifbarer.

Dank Io wurde die erste Messung der Lichtgeschwindigkeit 1676 vom dänischen Astronomen Ole Christensen Rømer durchgeführt. Er erkannte, dass die Dauer der Sonnenfinsternis von Io durch Jupiter 22 Minuten kürzer war, als die Erde näher am Jupiter war als als es am weitesten war.

Dies war die Zeit, die das Licht brauchte, um den Orbitaldurchmesser der Erde zu erreichen. Von dort aus schätzte Rømer die Lichtgeschwindigkeit auf 225.000 km / s, 25% weniger als der derzeit akzeptierte Wert.

Allgemeine Eigenschaften von Io

Als sich die Voyager-Mission dem Jupiter-System näherte, fand sie acht ausbrechende Vulkane auf Io, und die Galileo-Mission konnte, obwohl sie dem Satelliten nicht zu nahe kommen konnte, Bilder der Vulkane mit ausgezeichneter Auflösung liefern. Nicht weniger als 100 ausbrechende Vulkane entdeckten diese Sonde.

Abbildung 2. Oberfläche von Io mit den ausgedehnten Ebenen und reichlich vorhandenen Vulkanen in Echtfarben, die von der Galileo-Sonde fotografiert wurden. Quelle: NASA.

Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Io sind:

-Ihr Durchmesser beträgt 3.643,2 km.

-Masse: 8,94 x 10 ²² kg.

- Durchschnittliche Dichte 3,55 g / cm ³ .

- Oberflächentemperatur: (ºC): -143 bis -168

-Die Erdbeschleunigung beträgt 1,81 m / s ² oder 0,185 g.

-Periode der Rotation: 1d 18h ​​27,6m

-Übersetzungsdauer: 1d 18h ​​27.6m

-Atmosphäre aus 100% Schwefeldioxid (SO2).

Zusammenfassung der Hauptmerkmale von Io

Komposition

Das herausragendste Merkmal von Io ist seine gelbe Farbe, die auf den auf der im Wesentlichen vulkanischen Oberfläche abgelagerten Schwefel zurückzuführen ist. Aus diesem Grund werden die Auswirkungen von Meteoriten, die der riesige Jupiter anzieht, zwar häufig, aber schnell gelöscht.

Es wird angenommen, dass Basalte im Satelliten wie immer reichlich vorhanden sind und durch Schwefel gelb gefärbt sind.

Geschmolzene Silikate sind im Mantel reichlich vorhanden (Einzelheiten zur inneren Struktur siehe unten), während die Kruste aus gefrorenem Schwefel und Schwefeldioxid besteht.

Io ist der dichteste Satellit im Sonnensystem (3,53 g / cm³) und ist mit felsigen Planeten vergleichbar. Das Silikatgestein des Mantels umgibt einen Kern aus geschmolzenem Eisensulfid.

Schließlich besteht die Atmosphäre von Io zu fast 100% aus Schwefeldioxid.

Atmosphäre

Spektralanalysen zeigen eine dünne Schwefeldioxidatmosphäre. Obwohl Hunderte von aktiven Vulkanen eine Tonne Gase pro Sekunde ausstoßen, kann der Satellit sie aufgrund der geringen Schwerkraft nicht zurückhalten und die Fluchtgeschwindigkeit des Satelliten ist ebenfalls nicht sehr hoch.

Zusätzlich werden ionisierte Atome, die die Umgebung von Io verlassen, vom Jupiter-Magnetfeld eingefangen und bilden auf seiner Umlaufbahn eine Art Donut. Es sind diese Schwefelionen, die dem winzigen und nahe gelegenen Satelliten Amalthea, dessen Umlaufbahn unter der von Io liegt, die rötliche Farbe verleihen.

Der Druck der dünnen und dünnen Atmosphäre ist sehr niedrig und ihre Temperatur liegt unter -140ºC.

Die Oberfläche von Io ist aufgrund seiner niedrigen Temperaturen, seiner giftigen Atmosphäre und der enormen Strahlung menschenfeindlich, da sich der Satellit in den Strahlungsgürteln des Jupiter befindet.

Ios Atmosphäre verblasst und entzündet sich

Aufgrund der Orbitalbewegung von Io gibt es eine Zeit, in der der Satellit das Licht der Sonne nicht mehr empfängt, da Jupiter es verdunkelt. Dieser Zeitraum dauert 2 Stunden und wie erwartet sinkt die Temperatur.

Wenn Io der Sonne zugewandt ist, beträgt seine Temperatur zwar -143 ºC, aber wenn es vom gigantischen Jupiter verdunkelt wird, kann seine Temperatur auf -168 ºC fallen.

Während der Sonnenfinsternis kondensiert die dünne Atmosphäre des Satelliten an der Oberfläche, bildet Schwefeldioxideis und verschwindet vollständig.

Wenn dann die Sonnenfinsternis aufhört und die Temperatur zu steigen beginnt, verdampft das kondensierte Schwefeldioxid und die dünne Atmosphäre von Io kehrt zurück. Zu diesem Schluss kam 2016 ein NASA-Team.

Die Atmosphäre von Io wird also nicht durch Gase aus Vulkanen gebildet, sondern durch die Sublimation von Eis auf seiner Oberfläche.

Übersetzungsbewegung

Io macht in 1,7 Erdentagen eine vollständige Revolution um Jupiter, und jede Umdrehung des Satelliten wird für einen Zeitraum von 2 Stunden von seinem Wirtsplaneten verdunkelt.

Aufgrund der enormen Gezeitenkraft sollte die Umlaufbahn von Io kreisförmig sein, dies ist jedoch aufgrund der Wechselwirkung mit den anderen galiläischen Monden, mit denen sie sich in Orbitalresonanz befinden, nicht der Fall.

Wenn Io 4 wird, wird Europa 2 und Ganymed 1. Das merkwürdige Phänomen ist in der folgenden Animation zu sehen:

Abbildung 3. Orbitalresonanz von Io und seinen Schwestersatelliten: Ganymed und Europa. Quelle: Wikimedia Commons.

Diese Wechselwirkung bewirkt, dass die Umlaufbahn des Satelliten eine bestimmte Exzentrizität aufweist, die mit 0,0041 berechnet wird.

Der kleinste Umlaufradius (Periaster oder Perihel) von Io beträgt 420.000 km, während der größte Umlaufradius (Apoaster oder Aphel) 423.400 km beträgt, was einem mittleren Umlaufradius von 421.600 km entspricht.

Die Orbitalebene ist gegenüber der Orbitalebene der Erde um 0,040 ° geneigt.

Io wird als der Jupiter am nächsten gelegene Satellit angesehen, aber in Wirklichkeit befinden sich vier weitere Satelliten unter seiner Umlaufbahn, wenn auch extrem klein.

Tatsächlich ist Io 23-mal größer als der größte dieser kleinen Satelliten, bei denen es sich wahrscheinlich um Meteoriten handelt, die in der Schwerkraft des Jupiter gefangen sind.

Die Namen der winzigen Monde in der Reihenfolge ihrer Nähe zu ihrem Wirtsplaneten sind: Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe.

Nach Ios Umlaufbahn ist der nächste Satellit ein galiläischer: Europa.

Obwohl Europa Io sehr nahe steht, unterscheidet es sich in Zusammensetzung und Struktur völlig. Dies wird angenommen, weil dieser kleine Unterschied im Umlaufradius (249.000 km) die Gezeitenkraft auf Europa erheblich verringert.

Umlaufbahn von Io und Magnetosphäre von Jupiter

Vulkane auf Io blasen ionisierte Schwefelatome in den Weltraum, die vom Jupiter-Magnetfeld eingefangen werden, und bilden einen Plasma-Leiter-Donut, der der Umlaufbahn des Satelliten entspricht.

Es ist Jupiters eigenes Magnetfeld, das das ionisierte Material aus der dünnen Atmosphäre von Io trägt.

Das Phänomen erzeugt einen Strom von 3 Millionen Ampere, der das bereits starke Magnetfeld von Jupiter auf mehr als das Doppelte des Wertes verstärkt, den es ohne Io hätte.

Drehbewegung

Die Rotationsperiode um die eigene Achse fällt mit der Umlaufzeit des Satelliten zusammen, die durch die Gezeitenkraft verursacht wird, die Jupiter auf Io ausübt. Ihr Wert beträgt 1 Tag, 18 Stunden und 27,6 Sekunden.

Die Neigung der Drehachse ist vernachlässigbar.

Interne Struktur

Da seine durchschnittliche Dichte 3,5 g / cm ³ beträgt ^, wird der Schluss gezogen, dass die innere Struktur des Satelliten felsig ist. Die Spektralanalyse von Io zeigt nicht das Vorhandensein von Wasser, so dass das Vorhandensein von Eis unwahrscheinlich ist.

Nach Berechnungen, die auf den gesammelten Daten basieren, wird angenommen, dass der Satellit einen kleinen Kern aus Eisen oder mit Schwefel gemischtem Eisen aufweist.

Es folgen ein tiefer und teilweise geschmolzener Felsmantel und eine dünne, felsige Kruste.

Die Oberfläche zeigt die Farben einer schlecht gemachten Pizza: Rot, Hellgelb, Braun und Orange.

Die Kruste wurde ursprünglich als Schwefel angesehen, aber Infrarotmessungen zeigen, dass Vulkane bei 1500 ° C Lava ausbrechen, was darauf hinweist, dass sie nicht nur aus Schwefel besteht (der bei 550 ° C siedet), sondern auch geschmolzenes Gestein.

Ein weiterer Beweis für das Vorhandensein von Felsen ist die Existenz einiger Berge mit Höhen, die den Mount Everest duplizieren. Schwefel allein hätte nicht die Kraft, diese Formationen zu erklären.

Die interne Struktur von Io gemäß den theoretischen Modellen ist in der folgenden Abbildung zusammengefasst:

Abbildung 4. Struktur von Io. Quelle: Wikimedia Commons.

Geologie von Io

Die geologische Aktivität eines Planeten oder Satelliten wird durch die Wärme seines Inneren bestimmt. Und das beste Beispiel ist Io, der innerste der größten Jupiter-Satelliten.

Die enorme Masse seines Wirtsplaneten ist ein großer Anziehungspunkt für Meteoriten, wie der, an den man sich 1994 bei Shoemaker-Levy 9 erinnerte. Io zeigt jedoch keine Einschlagkrater und der Grund dafür ist, dass die intensive vulkanische Aktivität sie auslöscht.

Io hat mehr als 150 aktive Vulkane, die genug Asche ausspucken, um die Einschlagkrater zu begraben. Der Vulkanismus von Io ist viel intensiver als der der Erde und der größte im gesamten Sonnensystem.

Was die Eruptionen der Vulkane von Io verstärkt, ist der im Magma gelöste Schwefel, der, wenn er seinen Druck abgibt, das Magma antreibt und Asche und Gas bis zu einer Höhe von 500 m wirft.

Die Asche kehrt an die Oberfläche des Satelliten zurück und erzeugt Trümmerschichten um die Vulkane.

Auf der Oberfläche von Io werden aufgrund von gefrorenem Schwefeldioxid weißliche Bereiche beobachtet. In den Spalten der Verwerfungen fließt die geschmolzene Lava und explodiert nach oben.

Abbildung 5. Von der New Horizons-Sonde aufgenommene Sequenz, die einen Vulkan zeigt, der auf der Oberfläche von Io ausbricht. Quelle: NASA.

Woher kommt Ios Energie?

Da Io etwas größer ist als der Mond, der kalt und geologisch tot ist, fragt man sich, woher die Energie dieses kleinen Jupiter-Satelliten kommt.

Es kann nicht die verbleibende Formationswärme sein, da Io nicht groß genug ist, um sie zurückzuhalten. Es ist auch nicht der radioaktive Zerfall seines Inneren, da die von seinen Vulkanen abgegebene Energie die Strahlungswärme, die ein Körper dieser Größe ausstrahlt, leicht verdreifacht.

Ios Energiequelle ist die Gezeitenkraft aufgrund der immensen Schwerkraft des Jupiter und seiner Nähe zu ihm.

Diese Kraft ist so groß, dass die Oberfläche des Satelliten 100 m ansteigt und abfällt. Die Reibung zwischen den Felsen erzeugt diese enorme Wärme, die sicherlich viel größer ist als die der terrestrischen Gezeitenkräfte, die die feste Oberfläche der Kontinente kaum um einige Zentimeter bewegen.

Die enorme Reibung, die durch die gigantische Gezeitenkraft auf Io verursacht wird, bewirkt, dass genügend Wärme erzeugt wird, um die tiefen Schichten zu schmelzen. Das Schwefeldioxid verdampft und erzeugt genug Druck, damit das von Vulkanen ausgespuckte Magma abkühlen und die Oberfläche bedecken kann.

Der Gezeiteneffekt nimmt mit dem Würfel der Entfernung zum Anziehungspunkt ab, sodass dieser Effekt bei Satelliten weiter vom Jupiter entfernt weniger wichtig ist, wo die Geologie von Meteoriteneinschlägen dominiert wird.

Verweise

1. 20 Minuten. (2016) Die Beobachtung einer Sonnenfinsternis in Io enthüllt ihre Geheimnisse. Wiederhergestellt von: 20minutos.es
2. Kutner, M. (2010) Astronomie: Eine physikalische Perspektive. Cambridge University Press.
3. Samen und Backman. (2011). Das Sonnensystem. Lernen einbinden.
4. Wikipedia. Io (Satellit). Wiederhergestellt von: es. wikipedia.com
5. Wikipedia. Jupiter-Satelliten. Wiederhergestellt von: es. wikipedia.com
6. Wikipedia. Galiläischer Satellit. Wiederhergestellt von: wikipedia.com