Approfittando di un raro allineamento orbitale tra due delle lune di Giove, Io ed Europa, i ricercatori hanno ottenuto una mappa eccezionalmente dettagliata del più grande lago di lava su Io, il corpo vulcanicamente più attivo del sistema solare.

L'8 marzo 2015, Europa passò davanti a Io, bloccando gradualmente la luce della luna vulcanica. Poiché la superficie di Europa è ricoperta di ghiaccio d'acqua, riflette pochissima luce solare alle lunghezze d'onda infrarosse, consentendo ai ricercatori di isolare con precisione il calore emanato dai vulcani sulla superficie di Io.

I dati a infrarossi hanno mostrato che la temperatura superficiale del massiccio lago fuso di Io aumentava costantemente da un'estremità all'altra, suggerendo che la lava si fosse ribaltata in due ondate che spazzavano ciascuna da ovest a est a circa un chilometro (3, 300 piedi) al giorno.

Il ribaltamento della lava è una spiegazione popolare per il periodico schiarimento e oscuramento del punto caldo, chiamato Loki Patera dal dio nordico. (Una patera è un cratere vulcanico a forma di ciotola.) Il sito vulcanico più attivo su Io, che a sua volta è il corpo vulcanicamente più attivo del sistema solare, Loki Patera ha un diametro di circa 200 chilometri (127 miglia). La regione calda della patera ha una superficie di 21, 500 chilometri quadrati, più grande del lago Ontario.

Gli astronomi terrestri hanno notato per la prima volta il cambiamento di luminosità di Io negli anni '70, ma solo quando le navicelle spaziali Voyager 1 e 2 sono volate nel 1979 è diventato chiaro che ciò era dovuto a eruzioni vulcaniche sulla superficie. Nonostante le immagini altamente dettagliate della missione Galileo della NASA alla fine degli anni '90 e all'inizio degli anni 2000, gli astronomi continuano a discutere se gli schiarimenti a Loki Patera - che si verificano ogni 400-600 giorni - siano dovuti al ribaltamento della lava in un enorme lago di lave, o eruzioni periodiche che diffondono colate laviche su una vasta area.

"Se Loki Patera è un mare di lava, abbraccia un'area più di un milione di volte quella di un tipico lago di lava sulla Terra, " disse Katherine de Kleer, uno studente laureato alla UC Berkeley e autore principale dello studio. "In questo scenario, porzioni di lavello con crosta fresca, esponendo il magma incandescente sottostante e provocando uno schiarimento nell'infrarosso."

"Questa è la prima mappa utile dell'intera patera, " ha detto il co-autore Ashley Davies, del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, che ha studiato per molti anni i vulcani di Io. "Mostra non una ma due onde riaffioranti che spazzano la patera. Questo è molto più complesso di quanto si pensasse in precedenza".

"Questo è un passo avanti nel tentativo di capire il vulcanismo su Io, che osserviamo da più di 15 anni, e in particolare l'attività vulcanica a Loki Patera, " disse Imke de Pater, un professore di astronomia dell'Università di Berkeley.

De Kleer è l'autore principale di un articolo che riporta le nuove scoperte che sarà pubblicato l'11 maggio sulla rivista Natura .

Il telescopio binoculare punta due occhi su Io

Le immagini sono state ottenute dai due specchi gemelli da 8,4 metri (27,6 piedi) del Large Binocular Telescope Observatory nelle montagne del sud-est dell'Arizona, collegati tra loro come un interferometro utilizzando un'ottica adattiva avanzata per rimuovere la sfocatura atmosferica. La struttura è gestita da un consorzio internazionale con sede presso l'Università dell'Arizona a Tucson.

"Due anni prima, l'LBTO aveva fornito le prime immagini a terra di due punti caldi separati all'interno di Loki Patera, grazie alla risoluzione unica offerta dall'uso interferometrico di LBT, che è equivalente a quello che fornirebbe un telescopio di 23 metri (75 piedi), " ha notato il co-autore e direttore di LBTO Christian Veillet. "Questa volta, però, la squisita risoluzione è stata raggiunta grazie all'osservazione di Loki Patera al momento di un'occultazione da parte di Europa."

Europa ha impiegato circa 10 secondi per coprire completamente Loki Patera. "C'era così tanta luce infrarossa disponibile che abbiamo potuto suddividere le osservazioni in intervalli di un ottavo di secondo durante i quali il bordo di Europa è avanzato solo di pochi chilometri attraverso la superficie di Io, " ha detto il co-autore Michael Skrutskie, dell'Università della Virginia, che ha guidato lo sviluppo della telecamera a infrarossi utilizzata per questo studio. "Loki era coperto da una direzione ma rivelato da un'altra, solo la disposizione necessaria per fare una vera mappa della distribuzione della superficie calda all'interno della patera."

Queste osservazioni hanno fornito agli astronomi una mappa termica bidimensionale di Loki Patera con una risoluzione migliore di 10 chilometri (6,25 miglia), 10 volte meglio di quanto normalmente possibile con l'interferometro LBT a questa lunghezza d'onda (4,5 micron). La mappa della temperatura ha rivelato una variazione regolare della temperatura sulla superficie del lago, da circa 270 Kelvin all'estremità occidentale, dove sembrava essere iniziato il ribaltamento, a 330 Kelvin all'estremità sudorientale, dove la lava rovesciata era più fresca e più calda.

Utilizzando le informazioni sulla temperatura e sulla velocità di raffreddamento del magma derivate dagli studi sui vulcani sulla Terra, de Kleer è stato in grado di calcolare da quanto tempo era stato esposto nuovo magma in superficie. I risultati - tra 180 e 230 giorni prima delle osservazioni all'estremità occidentale e 75 giorni prima a quella orientale - concordano con i dati precedenti sulla velocità e sui tempi del ribaltamento.

interessante, il ribaltamento è iniziato in momenti diversi su due lati di un'isola fresca al centro del lago che è lì da quando Voyager l'ha fotografata nel 1979.

"Anche la velocità di ribaltamento è diversa sui due lati dell'isola, che può avere qualcosa a che fare con la composizione del magma o la quantità di gas disciolto nelle bolle nel magma, " De Kleer ha detto. "Ci devono essere differenze nella fornitura di magma alle due metà della patera, e qualunque cosa stia innescando l'inizio del ribaltamento riesce a far scattare entrambe le metà quasi contemporaneamente, ma non esattamente. Questi risultati ci danno uno sguardo al complesso sistema idraulico sotto Loki Patera".

I laghi di lava come Loki Patera si capovolgono perché la crosta superficiale che si raffredda lentamente si ispessisce fino a diventare più densa del magma sottostante e affonda, trascinando con sé la crosta vicina in un'onda che si propaga sulla superficie. Secondo de Pater, mentre la crosta si rompe, il magma può sgorgare come fontane di fuoco, simile a quanto visto nei laghi di lava sulla Terra, ma su scala minore.

De Kleer e de Pater sono ansiosi di osservare altre occultazioni di Io per verificare le loro scoperte, ma dovranno aspettare fino al prossimo allineamento nel 2021. Per ora, de Kleer è felice che l'interferometro che collega i due telescopi, l'ottica adattiva su ciascuna e l'occultazione unica si sono riunite come previsto quella notte di due anni fa.

"Non eravamo sicuri che un'osservazione così complessa avrebbe funzionato, " lei disse, "ma siamo rimasti tutti sorpresi e contenti che sia successo."