Ио (спутник)

Ио (снимок «Галилео»)

Ио (др.-греч. Ἰώ) — спутник Юпитера, самый близкий к планете из четырёх галилеевых спутников. Назван в честь мифологической Ио — жрицы Геры и возлюбленной Зевса. Имеет диаметр 3642 км, что делает его четвёртым по величине спутником в Солнечной системе. Кроме того, Ио — самое геологически активное тело Солнечной системы, на нём более 400 действующих вулканов. У некоторых вулканов выбросы серы и диоксида серы настолько сильны, что поднимаются на высоту 500 километров.

В отличие от большинства спутников во внешней части Солнечной системы (которые в основном состоят из водяного льда), Ио в основном состоит из силикатных пород, окружающих расплавленное ядро из железа или сернистого железа. Вулканизм придаёт поверхности Ио уникальные особенности. Бо́льшую часть поверхности Ио занимают равнины, покрытые серой или замёрзшим диоксидом серы. Вулканический пепел и потоки лавы постоянно изменяют поверхность и окрашивают её в различные оттенки жёлтого, белого, красного, чёрного и зелёного (во многом благодаря аллотропам и соединениям серы). Вулканические выбросы создают тонкую неоднородную атмосферу Ио и потоки плазмы в магнитосфере Юпитера, в том числе огромный плазменный тор вокруг него.

Ио в определениях и кратких цитатах

	Особенно поразительным по своей неожиданности является влияние спутника Ио на характер процессов в магнитосфере Юпитера.
	— Иосиф Шкловский, «Первое 20-летие космической эры и астрономия», 1982

	...на сегодняшний день в Солнечной системе нет ни одного небесного тела с такой активностью недр, как у Ио.
	— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

	...скорость выброса вулканических частиц огнедышащими горами Ио достигает километра в секунду.
	— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

	Большой интерес вызвал вопрос, что же «выплёвывают» вулканы Ио? Приборы «Вояджера-1» уверенно назвали только двуокись серы.
	— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

	Монооксид серы является вторым по распространенности газом, наблюдаемым в атмосфере Ио, спутника Юпитера.
	— Михаил Золотов, Брюс Фигли, «Вулканическое образование монооксида серы (SO) на Ио», 1998

	Галилей предложил использовать открытые им спутники Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) для решения такой важной практической задачи, как определение географической долготы места наблюдения.
	— Ефрем Левитан, «Великие открытия Галилео Галилея», 2009

	Совсем недавно выбросил энергию в 6 миллионов ампер спутник Юпитера Ио. Ток этой энергии был направлен точно в центр Юпитера.
	— Светлана Савицкая, «Воспоминания Марины Попович», 2012

Ио в научной и научно-популярной прозе

Удовлетворению современников Гюйгенса не было конца. Еще бы, всё так ладно устроено на небесах: планет там шесть (были ведь известны лишь Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн) и спутников — столько же (Луна, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто и «новичок»). Вместе с Солнцем, вокруг которого вся стройная система послушно движется, это удивительно совпадает с Библией: в зависимости от того, предпочитаете ли вы Ветхий завет или Новый, перед вашим взором воплощение или пророка Иакова с его двенадцатью сыновьями, или Иисуса с его двенадцатью апостолами. Видел ли в этом сам Гюйгенс предначертание божеское или просто закон природы, мы не знаем, но только дальнейшие поиски новых спутников он прекратил и в 1659 г. заявил, что более никаких небесных тел в Солнечной системе обнаружено уже никогда не будет...:151

— Борис Силкин, «В мире множества лун», 1981

Зато, как в Дантовом аде, на Ио — изобилие серы, и она играет здесь множество разных ролей. Б. Смит подсчитал, что, начиная от поверхности и до глубины не более 1 км, сера и её двуокись на Ио в основном находятся в состоянии твердого тела. По мере роста глубины с двуокисью происходит фазовое превращение и она становится жидкостью, а свободная сера остается по-прежнему твердой. Затем на глубине около двух километров сера тоже становится жидкой. Вот это и может объяснить появление эскарпов. Край, обрыв эскарпов ― это то место, где находящимся под давлением веществам легче всего вырваться на свободу. Представьте себе артезианский колодец, в котором вместо воды сера и ее двуокись. Найдя подходящую трещину или расселину, они не преминут выбраться на белый свет. Так что застывшие потоки серы из недр вполне могут дать уступы. Но каковы они сами, эти потоки? Освободившись от давления верхних слоев коры, смесь серы и газов бурно вскипает и пузырится. «Шампанское сатаны» резко расширяется: каждая единица жидкости образует пары, в пять тысяч раз превышающие ее собственный объем. Жидкая сера легче, чем твердая (серная «льдина» немедленно ныряет под поверхность расплава). Если газы и кристаллизующаяся в это время сера соприкасаются друг с другом, то смесь твердых и жидких веществ будет расширяться, пока на поверхности ее давление не сравняется с внешним. А давление атмосферы на Ио очень низкое (около 10 − 7 бар), и скорость истечения газов из недр должна быть весьма внушительной (350 м/ с). Роль пробок, не выпускающих серу на поверхность, может играть снег, естественно, не из воды, а из серы, без которой, разумеется, здесь шагу не ступить.

— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

Большой интерес вызвал вопрос, что же «выплевывают» вулканы Ио? Приборы «Вояджера-1» уверенно назвали только двуокись серы. Подозрительно, например, полное отсутствие воды, ведь у нас на Земле вулканы извергают ее столько, что, по некоторым гипотезам, чуть ли не все моря и океаны обязаны им своим существованием. Может быть, Ио так долго и усердно извергала влагу из своих недр, что её запасы просто исчерпались?

— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

...глубинный серный фонтан может выбросить из расселины заграждающий ему путь слой снега на расстояние примерно в 70 км. Ну, а уж ближайшие к ней десятки километров должны быть просто засыпаны этим странным на наш взгляд «снегом». И всё это не просто умозрительные предположения — нет, на «вояджеровских» снимках отчетливо различимы и эскарпы, и сопутствующие им яркие и тёмные потоки всех описанных выше форм и очертаний, и области, засыпанные слоями «сернистокислого» снега.

— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

А давление атмосферы на Ио, как мы знаем, очень низкое (около 10~2 Па), так что есть чему выбить пробку из этой космической бутылки — скорость выделения газов должна достигать 350 м/с. Роль пробки здесь может играть (не забудем о царящем на поверхности Ио морозе) снег, естественно, не «аш-два-о» (H2О), а «эс-два-о» (S2O) — без <соединений> серы, разумеется, в этом мире ни шагу нельзя ступить. Так вот, глубинный серный фонтан может выбросить из расселины заграждающий ему путь слой снега на расстояние примерно в 70 км. Ну, а уж ближайшие к ней десятки километров должны быть просто засыпаны этим странным на наш взгляд «снегом». И все это не просто умозрительные предположения — нет, на «вояджеровских» снимках отчетливо различимы и эскарпы, и сопутствующие им яркие и темные потоки всех описанных выше форм и очертаний, и области, засыпанные слоями «сернистокислого» снега.

— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

Монооксид серы является вторым по распространенности газом, наблюдаемым в атмосфере Ио, спутника Юпитера. Наземные наблюдения миллиметровых волн в среднем по полушарию дают соотношение SO/SO2 3-10% по объёму. Наблюдаемая численность согласуется с образованием SO в результате фотолиза <разложения воздействием света> SO2. С другой стороны, низкое давление Ио (~10-9 бар), неравномерная атмосфера SO2, по крайней мере частично, обусловлены вулканическим выделением газа <...>. Газообразный SO2 наблюдался в дымовых шлейфах извержений и над вулканически активными регионами <...>. В этой работе мы показываем, что высокотемпературные вулканические газы, выделяющиеся из магм, могут создавать наблюдаемое содержание SO в атмосфере Ио.

— Михаил Золотов, Брюс Фигли, «Вулканическое образование монооксида серы (SO) на Ио», 1998

Общее давление и объемный элементный состав вулканических газов также представляли исходные данные для нашего моделирования. Хотя исходное давление, при котором в атмосферу Ио выделяются вулканические газы из магмы, неизвестно, более вероятным кажется давление до ~100 бар в вулканических каналах на Ио в зависимости от глубины области вулканического источника. Мы отмечаем, что наблюдения Вояджера показывают давление ~10-7 бар в наблюдаемом шлейфе, однако нашей задачей было моделирование химического взаимодействия вулканических газов внутри вулканических каналов, а не в шлейфах. В нашем моделировании мы исходили из примерного давления от 10-8 до 100 бар; промежуточные давления в этом диапазоне и приводят к наблюдаемым величинам соотношений между содержанием SO/SO2 при наблюдаемых температурах в горячих точках.

— Михаил Золотов, Брюс Фигли, «Вулканическое образование монооксида серы (SO) на Ио», 1998

Мы рассматривали исключительно химию серы и кислорода, потому что это два основных элемента, наблюдаемых в атмосфере Ио, они являются основными компонентами <плазменного> тора Ио и обычно считаются наиболее распространенными элементами в несиликатных частях поверхности Ио. Наблюдаемые атомные соотношения O/S колеблются от ~ 0,3 (отложения вокруг вулкана Пеле) до ~ 2, что является вполне типичным значением для атмосферы и максимальным значением для тора. Мы использовали атомные отношения O/S от 10-7 до 3 (т. е. по существу от чистой серы до газообразного SO3). Для некоторых расчетов было выбрано номинальное атомное отношение O/S, равное единице, которое является средним значением для тора. Расчеты термохимического равновесия идеального газа были выполнены с использованием существующих программ.

— Михаил Золотов, Брюс Фигли, «Вулканическое образование монооксида серы (SO) на Ио», 1998

Мы пришли к выводу, что термохимическое равновесие достигается при извержении вулканических газов, при помощи сравнения времени извержения (прорыва коры) с химическим временем жизни для <нестабильных> вулканических газов <прежде всего, таких как моноокись серы>. При более высоких температурах и давлениях в области источника <...> термохимическое равновесие достигается быстро. И напротив, при более низких температурах и давлениях в шлейфах <...> химическое соединение распадается и термохимическое равновесие не наступает. Между этими двумя областями значений существует некий промежуточный уровень вблизи вулканического жерла, где <...> термохимическое равновесие в вулканических газах, выделившихся из магмы, находится в динамической стабильности. Содержание SO постепенно понижается по мере охлаждения вулканических газов, поскольку SO переходит в другие сернистые газы посредством прямых термохимических реакций, чаще всего протекающих <с выделением свободной серы> по типу: 4SO = 2SO2 + S2.

— Михаил Золотов, Брюс Фигли, «Вулканическое образование монооксида серы (SO) на Ио», 1998

Правда, сульфаты натрия, магния и железа в больших количествах обнаружены на спутнике Юпитера ― Ио. Здесь они возникли за счет удивительного «серного» вулканизма, выбрасывающего из недр этой лишенной атмосферы планетки серу и ее оксиды на высоту до 300 км. Возможно, в этом необычном процессе окислителями серы являются пары́ воды и хлор. Сейчас Ио на 70% покрыт серой и на 30 ― сульфатами. Но аналогов Ио в Солнечной системе нет, и на Марс он не похож.

— Александр Портнов, «Как погибла жизнь на Марсе», 2003

Ио в публицистике и документальной литературе

Юпитер и Ио

В начале марта 1979 года, когда из окрестностей Юпитера стала поступать информация, собранная «Вояджером-1», Л. Морабито, сотрудница Национального управления по аэронавтике и исследованию космоса США, рассматривала на космоснимке лимб (видимый край диска) спутника Юпитера Ио. Фотография была сознательно передержана, чтобы лимб стал не ней более четким. Что-то странное, грибообразное выступало за пределы лимба. Высота выступа ― чуть ли не триста километров над поверхностью спутника. Срочно собранный консилиум из планетологов и специалистов по обработке снимков пришел к заключению, что над поверхностью Ио поднялся громадный столб дыма, газов и других продуктов, выброшенных извержением.

— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

Еще в 1974 году В. В. Прокофьева, сотрудница Крымской астрофизической обсерватории АН СССР, заметила, что Ио временами светится ярче, чем обычно. Чуть позже в Азербайджане, в Шемахинской обсерватории, на спектрограмме Ио нашли линии излучения натрия, магния, железа и кальция. Откуда они? Не из недр ли были выброшены эти вещества вместе со струями вулканических газов и паров? Но такой вывод был в то время недоказуемым. Теперь же на космоснимках были несомненно обнаружены по крайней мере три столба вулканического дыма и пепла. А еще четыре ― с различной степенью уверенности. Их высота свидетельствует, что скорость выброса вулканических частиц огнедышащими горами Ио достигает километра в секунду! А у нас на Земле при самых сильных извержениях, например Этны, эта скорость всего около пятидесяти метров в секунду. Более того, на сегодняшний день в Солнечной системе нет ни одного небесного тела с такой активностью недр, как у Ио.

— Борис Силкин, «Странный мир Ио», 1982

Методами наземной радиоастрономии впервые удалось обнаружить мощную магнитосферу на Юпитере. Это открытие было сделано сразу же после обнаружения синхротронного радиоизлучения Юпитера в сантиметровом диапазоне длин волн. Еще до того были обнаружены гигантской мощности всплески длинноволнового радиоизлучения Юпитера, коррелирующие с положением на орбите его удивительного спутника Ио, который довольно близок к поверхности планеты. Эти всплески, несомненно, связаны с активными процессами в магнитосфере планеты-гиганта. Особенно поразительным по своей неожиданности является влияние спутника Ио на характер процессов в магнитосфере Юпитера.

— Иосиф Шкловский, «Первое 20-летие космической эры и астрономия», 1982

Космический зонд «Галилей», вращающийся на орбите Юпитера, недавно обнаружил у его спутника Ио огромную железную сердцевину. Это массивное ядро было обнаружено во время анализа сигналов, которые зонд посылал на Землю, пролетая вблизи Ио на расстоянии девятьсот километров. Оказалось, это позволило ученым вычислить массу Ио. Металлическое ядро состоит из железа и сульфида железа, размером около девятисот километров. Вокруг него ― жидкая мантия из расплавленных горных пород, а затем ― твердая поверхность. Джон Андерсон, один из руководителей проекта «Галилей», считает, что такая структура возникла у Ио благодаря сильному притяжению со сторон Юпитера. Его мощное гравитационное поле буквально сминает спутник и вызывает активную вулканическую деятельность на Ио. Возможно, из-за приливных воздействий возникло там и магнитное поле.

— Александр Семёнов, «Спутники Юпитера», 1997

...когда зонд пролетал по орбите вокруг Юпитера мимо Ио, измеряемое им магнитное поле вдруг резко уменьшилось на тридцать процентов. Ученые называют этот результат абсолютно неожиданным. Еще одна неожиданность от Ио: существует гипотеза, что именно но служит источником пылевых потоков, которые носятся в пространстве вокруг Юпитера, могут захватываться магнитным полем Юпитера и приводить к мощным пылевым бурям на нем. Зонд «Галилей» начал чувствовать эти пылинки за полтора года до подлёта к Юпитеру. Они летят с огромными скоростями ― от 50 до 10 километров в секунду. Количество пылевых частиц непрерывно возрастало при приближении к Ио, а потом стало спадать.

— Александр Семёнов, «Спутники Юпитера», 1997

	Небезынтересно и то, что Галилей предложил использовать открытые им спутники Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) для решения такой важной практической задачи, как определение географической долготы места наблюдения. (Как известно, разность долгот двух пунктов равна разности их местного времени.) Сейчас метод Галилея представляет лишь исторический интерес.
	— Ефрем Левитан, «Великие открытия Галилео Галилея», 2009

	Когда во второй половине XX века благодаря полётам автоматических межпланетных станций удалось сфотографировать галилеевы спутники Юпитера с близкого расстояния, астрономы увидели их необычные ландшафты и сделали ряд важнейших открытий, например обнаружили вулканы на Ио и огромный океан жидкой воды под ледяной поверхностью Европы.
	— Ефрем Левитан, «Великие открытия Галилео Галилея», 2009

	Совсем недавно выбросил энергию в 6 миллионов ампер спутник Юпитера Ио. Ток этой энергии был направлен точно в центр Юпитера. Наблюдатели утверждают, что начинает светиться само пространство между Ио и Юпитером. Ещё один из 16 спутников Юпитера, Европа, оказывается, имеет атмосферу и может быть вполне пригоден для жизни. Я считаю, очень много человечеству дадут пилотируемые полёты к Марсу.
	— Светлана Савицкая, «Воспоминания Марины Попович», 2012

Ио в беллетристике и художественной прозе

Если бы я не мог написать ничего, что стоило хотя бы выеденного яйца, думаю, то я бы хотел иметь свой хозяйственный магазин. Я давно очарован огромным разнообразием инструментов, используемых для поддержания нашего общества, а также клипсов, петель, штифтов, шпилек, винтов, шкивов, проводов, цепей, зажимов и труб, которые держат его в целости. Не говоря уже о замазке, штукатурке, цементе и краске, которые делают его похожим на ландшафты Ио.

— Роджер Желязны, предисловие к сборнику «Последний защитник Камелота», 1980

Ио в стихах

Извержение вулканов на Ио

	Луной над Океаном Пред скованным Титаном В стремленьи неустанном Двурогая Ио́, Не оводом язвима ― Любовию гонима, Проходит, мучась, мимо. Распятый недвижимо Взирает на неё. <...> Луной над Океаном, Пред мучимым Титаном В блужданьи обуянном Бежит, лучась, Ио́, Не оводом язвима, Любовию гонима. Распятый недвижимо Взирает на неё.
	— Вячеслав Ива́нов, «Ио», май 1924

См. также

• Юпитер
• Ганимед
• Каллисто
• Европа
• Титан
• Луна
• Рея
• Сера
• Сернистый газ
• Моноокись серы