Centinaia di vulcani butterano la superficie di Io, la terza più grande delle 78 lune conosciute di Giove, e l'unico corpo nel nostro sistema solare diverso dalla Terra in cui è possibile osservare un vulcanismo diffuso. La fonte del calore interno della luna è radicalmente diversa da quella terrestre, rendendo la luna un sistema unico per indagare sul vulcanismo.

Un nuovo studio sulla rivista AGU Lettere di ricerca geofisica trova il più potente di Io, vulcano persistente, Loki Patera, si illumina su una scala temporale simile alle leggere perturbazioni nell'orbita di Io causate dalle altre lune di Giove, che si ripetono su un ciclo di circa 500 giorni terrestri.

I nuovi risultati sono sorprendenti perché i vulcani su Io non eruttano in tempo con fluttuazioni maggiori nelle sollecitazioni molto maggiori inflitte a Io durante l'orbita terrestre di 1,77 giorni intorno a Giove. L'attrito interno da queste sollecitazioni genera il calore che alimenta i vulcani di Io, ma le sollecitazioni fluttuanti durante il breve periodo dell'orbita di Io non sembrano spingere il magma in superficie.

Il nuovo studio, che ha analizzato 271 notti di osservazioni di Loki Patera dai telescopi Keck e Gemini North delle Hawaii dal 2013 al 2018, e più sporadiche osservazioni risalenti al 1987, suggerisce il più gentile, Il ciclo di 500 giorni può agire sulla giusta scala temporale per spostare il magma e portarlo sulla superficie della luna in un'eruzione.

"Le sollecitazioni sull'interno di Io variano molto durante quell'orbita di 1,77 giorni, " disse Katherine de Kleer, uno scienziato planetario presso il California Institute of Technology e l'autore principale del nuovo studio. "Per quanto qualcuno è stato in grado di dire, non c'è variazione nei vulcani di Io su questa scala di 1,77 giorni, quindi è un po' controintuitivo che vedremmo una risposta nel lungo periodo, quando le variazioni di stress sono inferiori."

Comprendere questa dinamica può fornire indizi sul misterioso interno di Io e sugli interni di altri corpi nel sistema solare riscaldati da un'attrazione fluttuante di gravità, un effetto chiamato riscaldamento delle maree.

"Non sappiamo quasi nulla di come sono le camere magmatiche e i condotti di Io, quindi il comportamento di Loki Patera ci offre una piccola finestra su un'area in cui attualmente non abbiamo informazioni, " disse de Kleer.

Danza della luna

Io ha un interno caldo perché la sua orbita stretta attorno a Giove non è circolare. La luna è bloccata in un'orbita eccentrica perché risuona con le lune più grandi di Giove, vicini Europa e Ganimede, intrappolati tra la loro influenza e l'enorme gravità di Giove.

L'orbita di Europa intorno a Giove è lunga il doppio di quella di Io, e l'orbita di Ganimede è lunga il doppio di quella di Europa. Questo ritmo 1:2:4 significa che l'attrazione di gravità dalle altre due lune si ripete costantemente mentre Io orbita attorno a Giove.

La distanza di Io da Giove cambia nel corso della sua orbita ellittica, quindi sperimenta una quantità diversa della gravità di Giove mentre circonda il pianeta massiccio. L'attrazione mobile di Giove e delle altre lune allunga e comprime Io sulla sua orbita di due giorni intorno a Giove. Questo genera abbastanza calore dall'attrito all'interno dei materiali dell'interno della luna per fondere la roccia in magma.

I ricercatori che studiano gli oltre 400 vulcani su Io hanno cercato prove che eruttino allo stesso ritmo. Tale fluttuazione con l'orbita quotidiana si verifica sulla luna di Saturno Encelado, che ha un oceano sotterraneo che sgorga attraverso le crepe nella superficie ghiacciata della luna. I geyser d'acqua su Encelado fioriscono più grandi quando la luna è nel suo punto più lontano da Saturno e le fratture che originano i geyser vengono aperte.

Ma il nuovo studio non ha trovato prove che Loki Patera mantenga lo stesso tempo dell'orbita di due giorni di Io attorno a Giove. Anziché, la sua luminosità sembra fluttuare in una scala temporale simile alle sottili perturbazioni nell'orbita di Io.

Sebbene la risonanza orbitale con Europa e Ganimede eserciti i maggiori effetti di marea su Io, anche le lune vicine deformano leggermente la forma dell'orbita di Io in cicli che durano 480-484 giorni e 461-464 giorni. Loki Patera sembra eruttare in un ciclo simile a questo lasso di tempo, secondo il nuovo studio.

Flusso lento

De Kleer e i suoi colleghi pensano che le diverse dinamiche su Io ed Encelado potrebbero avere a che fare con il modo in cui i fluidi si muovono attraverso i pori o le crepe nella roccia. Il magma è più simile al miele o al dentifricio che all'acqua. Non risponde rapidamente come l'acqua alla spremitura. Il periodo dell'orbita di Io potrebbe essere troppo breve perché gli effetti di marea all'interno della luna eruttano sulla superficie.

"Il magma nella crosta di Io richiede tempo per fluire, " disse Francesco Nimmo, un geofisico presso l'Università della California Santa Cruz e coautore del nuovo articolo. "Se schiacci e allunghi rapidamente la crosta, non succede niente; ma se lo stringi e lo allunghi più lentamente, il magma ha il tempo di spostarsi abbastanza lontano da riempire un condotto vulcanico, provocando un'eruzione. È simile al modo in cui puoi correre sulla sabbia bagnata, ma se cammini lentamente i tuoi piedi affondano."

Ciò che gli scienziati apprendono sugli effetti del riscaldamento delle maree dallo studio di Io potrebbe essere applicabile a Europa e ad altri corpi in tutto il sistema solare che sono riscaldati dalle maree, secondo gli autori del nuovo studio.

"Su altri mondi è più difficile studiare questo fondamentale processo planetario perché non genera questi vulcani così facili da osservare, " ha detto de Kleer. "Io serve come un laboratorio per ottenere informazioni su questo processo che può poi essere applicato ad altre lune del sistema solare".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di AGU Blogs (http://blogs.agu.org), una comunità di blog di scienze della Terra e dello spazio, ospitato dall'American Geophysical Union. Leggi la storia originale qui.