Nieuwe waarnemingen tonen voor het eerst aan wat de grote vulkaanuitbarstingen op Jupiters’ maan Io precies teweegbrengen.
Io is de binnenste van de vier grote manen van Jupiter. Dit maantje wordt ook wel de ‘pizzamaan’ genoemd vanwege het pokdalige landschap. Ondertussen weten we dat de atmosfeer van Io een waar heksenbrouwsel is, bestaande uit zwaveldioxide. Maar waar dat gas vandaan komt? Dat was tot op heden in nevelen gehuld.
Processen
Wat we wel weten, is dat er enorm veel – ruim 400 (!) -vulkanen op Io te vinden zijn. Io is zelfs het meest vulkanisch actieve hemellichaam in het zonnestelsel. In een nieuwe studie vroegen onderzoekers zich af of deze vulkanen mogelijk het aangetroffen atmosferische zwaveldioxide de lucht in spuwen. Aan de andere kant zou het gas ook afkomstig kunnen zijn van zwaveldioxide-ijs op het oppervlak, dat vervolgens in zonlicht verdampt of sublimeert (gasvormig wordt) in de atmosfeer. “Het was niet bekend welk proces de dynamiek in de atmosfeer van Io drijft,” zegt onderzoeker Imke de Pater. “Zijn het Io’s vulkanen of juist het gas dat sublimeert op het ijskoude oppervlak wanneer de maan zich in het zonlicht bevindt?”
Atmosfeer
Nieuwe waarnemingen met de Chileense Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) lossen het mysterie nu op. De onderzoekers kwamen tot de verrassende ontdekking dat de atmosfeer van Io elke 42 uur heel onstabiel wordt, precies wanneer de maan zich in de schaduw van Jupiter bevindt. Doordat Io zich tijdelijk in de schaduw van de gasreus begeeft, koelt de maan sterk af. En dat heeft consequenties voor de dunne atmosfeer van Io. Deze stort als het ware ineen doordat zwaveldioxide-moleculen aan het oppervlak vastvriezen. Zodra de maan uit de schaduw komt zetten, warmt deze weer op en sublimeert het ijs op het oppervlak. Vervolgens keert ook de koude zwaveldioxide-uitstoot binnen slechts 10 luttele minuten terug. “Zodra Io in het zonlicht komt, stijgt de temperatuur waardoor het zwaveldioxide-ijs in gas sublimeert,” legt De Pater uit. “De atmosfeer herstelt zich vervolgens in slechts tien minuten; dat is veel sneller dan modellen hadden voorspeld.”
Zwaveldioxide
Wat echter opvalt, is dat niet alle koude zwaveldioxide-moleculen bevriezen wanneer Io zich in de schaduw bevindt en de temperatuur drastisch daalt. Het betekent dat er dus toch zwavelgassen in de atmosfeer van Io achterblijven. En dat zou weleens te maken kunnen hebben met Io’s vulkanen. Het betekent dat vulkanen constant zwaveldioxide de atmosfeer in spuwen dat vervolgens te warm blijft om te condenseren. En dankzij ALMA’s voortreffelijke resolutie en gevoeligheid, konden de astronomen voor het eerst duidelijk de pluimen zwaveldioxide uit Io’s vulkanen zien opstijgen. Twee ervan – Karei Patera en Daedalus Patera – zijn afgelopen maart uitgebarsten, terwijl een derde vulkaan in september actief was.
Deze video toont beelden van Jupiters maan Io terwijl het maantje wordt overschaduwd door Jupiter. De beelden tonen voor het eerst pluimen van zwaveldioxide (in geel) die opstijgen uit Io’s vulkanen.
400 vulkanen
De onderzoekers komen tot een opvallende bevinding. Want, zo stellen ze in de studie, dertig tot vijftig procent van de gassen in Io’s atmosfeer zijn rechtstreeks afkomstig van actieve vulkanen. En dat betekent dat het maantje zijn atmosfeer voor een groot deel te danken heeft aan zijn 400 vulkanen.
Jupiter bezit in totaal 79 manen, wat betekent dat de gasreus een waar recordhouder is: geen enkele andere planeet in ons zonnestelsel heeft zoveel manen. Zoals gezegd is Io de binnenste van de vier grote manen van Jupiter. De maan werd op 8 januari 1610 door Galileo Galilei ontdekt en is vernoemd naar Io, de mythologische dochter van de riviergod Inachus. Je vraagt je misschien af hoe het komt dat Io zo vulkanisch actief is. Daar is planeet Jupiter mede verantwoordelijk voor. De enorme zwaartekracht van de gasreus trekt aan de maan en genereert wrijving en warmte in Io. Ook de manen Ganymedes en Europa helpen een handje mee. Hierdoor warmt het binnenste van Io op en ontstaan vulkanen op het oppervlak. En regelmatig spuwen deze vulkanen op Io zwavel de ruimte in.
Het vulkanische zwaveldioxide condenseert uiteindelijk op het oppervlak en vormt hier een dikke bevroren laag zwaveldioxide-ijs. Dit bevroren zwaveldioxide-ijs wordt vaak bedekt met een laag vulkanische stof. En dat geeft Io zijn karakteristieke gele, witte en oranje kleuren, zoals op de foto hieronder goed te zien is.
De onderzoekers laat het onderwerp nog niet los. “Door de atmosfeer en vulkanische activiteit van Io te bestuderen, kunnen we ook meer leren over de vulkanen, opwarmingsprocessen en het binnenste van de maan,” stelt onderzoeker Katherine de Kleer. De onderzoekers hopen Io dan ook te kunnen observeren op andere radiogolflengten, waardoor mogelijk de samenstelling en de temperatuur van het magma onder de vulkanen kan worden onthuld. Bovendien hebben we ook nog geen zicht op de temperatuur in de lagere regionen van Io’s atmosfeer. De onderzoekers zijn dan ook van plan om de temperatuur van Io in toekomstig onderzoek te meten.
