Io – de vulkanische maan van Jupiter

Actief vulkanisme op Io, foto gemaakt door de Galileo-sonde
Actief vulkanisme op Io, foto gemaakt door de Galileo-sonde

Io is de vijfde maan van Jupiter. De maan is het meest vulkanisch actieve object in ons zonnestelsel. Pluimen van zwavel worden tot wel 300 kilometer hoog uitgespuwd. Het oppervlak van Io is bedekt met meren van lava en vlaktes waar vloeibaar gesteente is uitgevloeid.

Astronomen hebben ongeveer 150 vulkanen op de maan in kaart gebracht waarvan enkele lava tot wel 400 kilometer hoog uitstoten. De vulkanen komen over het hele oppervlak voor en astronomen zien zo nu en dan nieuwe activiteit ontstaan. Zo ontdekte de Juno ruimtesonde van de NASA nog op 16 december 2017 een nieuwe vulkaan.

Io in getallen

Io is ongeveer even oud als Jupiter, de maan is in dezelfde periode als de planeet ontstaan.

Io bevindt zich op een gemiddelde afstand van 422.000 kilometer van Jupiter en heeft 1,77 aardse dagen nodig om eenmaal om Jupiter heen te draaien. Io draait in een gebonden rotatie en dat wil zeggen dat altijd dezelfde zijde naar de planeet toe is gericht.

De maan heeft een gemiddelde straal van 1821 kilometer en is daarmee ietsje groter dan de aardse Maan. Io heeft een elliptische vorm waarvan de lange as naar Jupiter toe is gericht. Van de Galileïsche manen is Io zowel in massa als volume de derde maan, na Ganymedes en Callisto maar voor Europa.

De temperatuur aan het oppervlak is gemiddeld -130 °Celsius. Bij die temperatuur ontstaan er velden van zwaveldioxide-ijs. De vulkanen van Io kunnen een temperatuur bereiken van ruim 1600 ° Celsius waardoor de maan wel een wereld van vuur en ijs wordt genoemd.

De ontdekking van Io

Io werd op 8 januari 1610 ontdekt door Galileo Galilei. Het was de eerste van de vier galileïsche manen die werd ontdekt. Eigenlijk ontdekte hij de maan al een dag eerder maar hij kon geen onderscheid maken tussen Io en Europa, een andere maan van Jupiter. Dat lukte hem pas een nacht later. Samen met de andere drie manen van Jupiter was dit de eerste ontdekking van een maan die rond een andere planeet draait als de Aarde. De ontdekking van Galileo leidde uiteindelijk tot het begrip dat planeten rond de Zon draaien in plaats van dat het zonnestelsel rond de Aarde draait.

Galileo noemde de maan Jupiter I. in het midden van de 19de eeuw werd de maan hernoemd naar Io. In de Griekse mythologie was Io een priesteres van Hera (de vrouw van Zeus) en de dochter van Inachus, de koning van Argos. Zeus (de tegenhanger van de Romeinse god Jupiter) werd verliefd op haar maar veranderde haar in een koe om niet door zijn vrouw Hera (Juno) te worden betrapt.

Er zijn verschillende ruimtesondes geweest die langs Jupiter en zijn manen zijn gevlogen. In 1973 was de Pioneer 10 de eerste, gevolgd in 1974 door Pioneer 11. Daarna waren de Voyagers 1 en 2 aan de beurt die ons verrasten met geweldig mooie foto’s. De Galileo-sonde heeft op een minimale afstand van 261 kilometer over de Galileische manen gevlogen en heeft tijdens die scheervluchten vele schitterende en gedetailleerde foto’s gemaakt.

 

Kenmerken van Io

 

De wisselwerking tussen Jupiter en io veroorzaakt door het sterke magneetveld
De wisselwerking tussen Jupiter en Io veroorzaakt door het sterke magneetveld

 

 

Het binnenste van Io bestaat uit ijzer of een ijzersulfide kern en een buitenste laag van silicaten die er voor zorgen dat de maan zijn kenmerkende oranje, gele, zwarte, rode en witte voorkomen geeft.

Uitgaande van computermodellen is Io ontstaan in een gebied rond Jupiter waar waterijs overvloedig  voorkwam. De hitte van Io, gecombineerd met de mogelijkheid dat er, kort na het ontstaan van de maan, water aanwezig was maken het mogelijk dat er leven is geweest. Helaas heeft de intense straling van Jupiter dit water ook weer heel snel doen verdwijnen van het oppervlak.

Het meest opvallende kenmerk van Io zijn de vulkanen. Naast de Aarde is Io het enige bekende object in het zonnestelsel waar actieve vulkanen zijn waargenomen. De vulkanen werden in 1979 voor de Voyagers ontdekt maar Galileo had er vreemd genoeg al enkele cryptische aantekeningen over gemaakt.

De vulkanische activiteit van Io wordt veroorzaakt door een voortdurend uitgerekt en ingeduwd worden tijdens de baan om Jupiter heen. Dit zorgt voor eenzelfde effect als de Maan van de Aarde heeft op onze oceanen. De onregelmatige elliptische baan van Io versterkt de getijdenwerking ook nog eens sterk. Astronomen zijn geïnteresseerd in de lange termijn activiteit op Io maar die kan, door gebrek aan resolutie, met de grootte telescopen op Aarde nauwelijks goed worden waargenomen. Met de grootste telescopen op Aarde die gebruik kunnen maken van adaptieve optiek om zo de invloed van de interferentie van de atmosfeer van de Aarde uit te schakelen hebben astronomen tussen 2013 en 215 toch 48 hotspots kunnen volgen. Aardse telescopen hebben ook golven in de lavameren op Io kunnen waarnemen en hieruit hebben astronomen meer informatie kunnen halen over hoe magma zich aan het oppervlak gedraagt.

Vanwege de vulkanische activiteit bestaat de atmosfeer van Io voornamelijk uit zwaveldioxide. De baan van Io beweegt zich door de sterke magnetische veldlijnen van Io waardoor de maan verandert in een elektrische generator. Door de draaiing van Jupiter zelf strippen de magnetische krachten iedere seconde ongeveer een ton aan materiaal weg van Io. Dat materiaal raakt geïoniseerd en vormt een donutachtige wolk van straling die we een plasma torus noemen. Een deel van de ionen komt in de bovenste delen van de atmosfeer van Jupiter terecht en vormt daar aurora’s. Deze aurora’s zijn o.a. in 2018 door de Hubble Space Telescope waargenomen en toonden de invloeden van Io en Ganymedes aan op de atmosfeer van Jupiter.

oppervlakteveranderingen op Io, waargenomen door de ruimtesonde Galileo
oppervlakteveranderingen op Io, waargenomen door de ruimtesonde Galileo

Uitgaande van waarnemingen die in 2018 zijn gedaan met de Gemini Noord telescoop op Hawaii en de Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph (TEXES) heeft Io een opvouwbare atmosfeer. Het omhulsel van zwaveldioxide gas bevriest dagelijks als Io zich in de schaduw van Jupiter bevindt. Als Io weer in het zonlicht komt wordt het bevroren zwaveldioxide weer gas. Wetenschappers vermoedden al heel lang dat zit zou gebeuren maar het duurde even voor het bewijs daadwerkelijk kon worden geleverd.

Explosieve mysteries

Omdat wetenschappers proberen te verklaren waarom de maan de meeste actieve vulkanen van het zonnestelsel heeft wordt de omgeving van Io de laatste jaren constant in de gaten gehouden. Recente resultaten hebben zowel betrekking op waarnemingen van de maan als computermodellen van het binnenste.

Een onderzoek uit 2015 verklaart waarom de meest opvallende vulkanen zich op een andere plaats bevinden dan waar wetenschappers ze zouden verwachten. Eerdere modellen suggereerden dat de zones waar de meeste hitte vrijkomt ook de meeste vulkanen zullen hebben maar Io heeft de meest actieve vulkanen verder naar het oosten. Het onderzoek zegt dat als er een oceaan van gesmolten en vast gesteente onder het oppervlak van de maan voorkomt het gesteente tegen elkaar aanwrijft en daardoor zorgt voor de waargenomen verschuiving. Het bestaan van die gesmolten oceaan werd in een onderzoek in 2017 weer in twijfel getrokken want die toonde aan dat waargenomen aurora’s op Io niet zouden kunnen bestaan als die ondergrondse gesmolten oceaan zou bestaan.

Momenteel zijn er geen specifieke missies naar Io gepland. Op dit moment is wel de Amerikaanse JUNO van de NASA bij Jupiter actief en de Europa Clipper van de NASA moet halverwege de jaren ’20 de maan Europa haan onderzoeken. De ESA werkt aan de JUICE-missie die in 2022 gelanceerd moet gaan worden. JUICE richt zich op de manen Europa, Ganymedes en Callisto. Ondertussen blijven wetenschappers de maan vanaf de grond met steeds betere telescopen volgen want de uitbarstingen van de vulkanen zijn soms zo heftig dat ze zelfs op enorme afstanden nog zorgen voor spectaculaire beelden.

 

Io in cijfers
Ontdekt doorGalileo Galilei
Datum ontdekking8 januari 1610
Gemiddelde afstand tot Jupiter421.800 km
Periapsis (dichtste nadering tot Jupiter)420.071 km
Apoapsis (grootste afstand tot Jupiter)423.529 km
Jaar1,769 Aardse dagen
Omtrek baan2.650.236,42 km
Gemiddelde baansnelheid62.423,1 km/u
Baan excentriciteit0,0041
Equatoriale inclinatie t.o.v. de baan0,036°
Gemiddelde straal1821,6 km (1830*1818,7*1815,3 km)
Omtrek aan de evenaar11.445,5 km
Volume25.319.064.907 km3
Massa89.319.379.731.108.900.000.000 kg
Dichtheid3,528 g/cm3
Oppervlakte41.698.064,74 km2
Zwaartekracht aan de oppervlakte1,796 m/s2
Ontsnappingssnelheid8552 km/u
Lengte van de dag1,769 dagen
42,456 uren
Samenstelling atmosfeerZwaveldioxide (SO2)

Eerste publicatie: 24 februari 2013
Volledige revisie: 14 augustus 2018