Neue Erkenntnisse der NASA-Raumsonde Juno liefern ein umfassenderes Bild der Verbreitung von Lavaseen auf dem Jupitermond Io und enthalten erstmals Informationen über die dort ablaufenden vulkanischen Prozesse. Diese Ergebnisse stammen von Junos JIRAM-Instrument der italienischen Raumfahrtbehörde, das im Infrarotlicht „sieht“.
Io fasziniert Astronomen seit 1610, als Galileo Galilei erstmals den Jupitermond entdeckte, der etwas größer als der Erdmond ist. Etwa 369 Jahre später fing die Raumsonde Voyager 1 der NASA einen Vulkanausbruch auf dem Mond ein. Spätere Missionen zum Jupiter, bei denen weitere Vorbeiflüge an Io stattfanden, entdeckten weitere Lavawolken und Lavaseen. Wissenschaftler glauben heute, dass Io, das von benachbarten Monden und Jupiter selbst wie eine Ziehharmonika gedehnt und komprimiert wird, die vulkanisch aktivste Welt im Sonnensystem ist. Doch obwohl es viele Theorien über die Arten von Vulkanausbrüchen auf der Mondoberfläche gibt, gibt es nur wenige Daten, die sie stützen.
Sowohl im Mai als auch im Oktober 2023 flog Juno an Io vorbei und näherte sich auf etwa 35.000 bzw. 13.000 Kilometer. Zu Junos Instrumenten, die den verführerischen Mond gut beobachten konnten, gehörte JIRAM.
JIRAM wurde entwickelt, um Infrarotlicht (für das menschliche Auge nicht sichtbar) einzufangen, das aus den Tiefen des Jupiters austritt, und untersucht die Klimaschicht bis zu 50 bis 70 Kilometer unter den Wolkendecken des Gasriesen. Aber während Junos ausgedehnter Mission nutzte das Missionsteam das Instrument auch, um die Monde Io, Europa, Ganymed und Callisto zu untersuchen. Bilder von JIRAM Io zeigten das Vorhandensein heller Ringe rund um den Boden zahlreicher Hotspots.
„Die hohe räumliche Auflösung der Infrarotbilder von JIRAM in Kombination mit Junos günstiger Position bei Vorbeiflügen zeigte, dass die gesamte Oberfläche von Io von Lavaseen bedeckt ist, die in calderaähnlichen Strukturen enthalten sind“, sagte Alessandro Mura, Co-Autor der Studie Forscher am Nationalen Institut für Astrophysik in Rom. „In der Region der Io-Oberfläche, wo wir die vollständigsten Daten haben, schätzen wir, dass etwa 3 % von einem dieser geschmolzenen Lavaseen bedeckt sind.“ (Eine Caldera ist eine große Senke, die entsteht, wenn ein Vulkan ausbricht und zusammenbricht.)
Feuerspeiende Seen
Daten von JIRAMs Io-Vorbeiflug verdeutlichen nicht nur die reichlich vorhandenen Lavareserven des Mondes, sondern geben auch Einblick in das, was möglicherweise unter der Oberfläche passiert. Infrarotbilder mehrerer Lavaseen auf Io zeigen einen dünnen Lavakreis am Rand, zwischen der zentralen Kruste, die den größten Teil des Lavasees bedeckt, und den Seewänden. Das Fehlen von Lavaströmen am Seeufer und darüber hinaus weist darauf hin, dass ein Gleichgewicht zwischen der Schmelze, die in die Lavaseen ausgebrochen ist, und der Schmelze, die zurück in das unterirdische System zirkuliert, besteht.
„Jetzt haben wir eine Vorstellung davon, was die häufigste Art von Vulkanismus auf Io ist: riesige Lavaseen, in denen Magma aufsteigt und fällt“, sagte Mura. „Die Lavakruste wird gezwungen, an den Seewänden zu brechen und bildet den typischen Lavaring, der in hawaiianischen Lavaseen zu sehen ist. Die Wände sind wahrscheinlich Hunderte von Metern hoch, was erklärt, warum man im Allgemeinen nicht beobachtet, wie Magma aus den Pateras (durch Vulkanismus entstandene schalenförmige Formen) „austritt und sich über die Oberfläche des Mondes bewegt.“
Die JIRAM-Daten deuten darauf hin, dass der größte Teil der Oberfläche dieser Io-Hotspots aus einer felsigen Kruste besteht, die sich aufgrund des zentralen Auftriebs von Magma als zusammenhängende Oberfläche zyklisch auf und ab bewegt. Da die Kruste in dieser Hypothese die Wände des Sees berührt, wird sie durch Reibung daran gehindert, zu verrutschen, was dazu führt, dass sie sich verformt und schließlich auseinanderbricht, wodurch Lava direkt unter der Oberfläche freigelegt wird.
Eine alternative Hypothese ist ebenfalls möglich: In der Mitte des Sees bricht Magma aus, breitet sich aus und bildet eine Kruste, die am Rand des Sees absinkt und die Lava freilegt.
„Wir fangen gerade erst an, uns mit den JIRAM-Ergebnissen aus nahen Vorbeiflügen an Io im Dezember 2023 und Februar 2024 zu befassen“, sagte Scott Bolton, Juno-Hauptforscher am Southwest Research Institute in San Antonio. „Die Beobachtungen liefern neue und faszinierende Informationen über die vulkanischen Prozesse auf Io. „Durch die Kombination dieser neuen Ergebnisse mit Junos langfristiger Kampagne zur Überwachung und Kartierung von Vulkanen an Ios noch nie dagewesenen Nord- und Südpolen erweist sich JIRAM als eines der wertvollsten Werkzeuge, um zu lernen, wie diese gequälte Welt funktioniert.“
Juno führte am 13. Juni seinen 62. Vorbeiflug am Jupiter durch, zu dem auch ein Vorbeiflug an Io in einer Höhe von etwa 29.250 Kilometern gehörte. Der 63. Vorbeiflug des Gasriesen ist für den 16. Juli geplant.
