Der Jupitermond Io weist mindestens 400 aktive Vulkane auf und ist damit die vulkanisch aktivste Welt in unserem Sonnensystem. Die Lage der Vulkane auf Io stimmt jedoch nicht mit wissenschaftlichen Modellen überein, die vorhersagen, wie das Innere des Mondes erwärmt wird.
„Strenge statistische Analyse der Verteilung von Vulkanen in der neuen globalen geologischen Karte von Io“, sagte Christopher Hamilton von der University of Maryland, College Park und dem Goddard Spaceflight Center. „Wir fanden einen systematischen Versatz nach Osten zwischen beobachteten und vorhergesagten Vulkanstandorten, der mit keinem bestehenden Festkörper-Gezeitenheizmodell in Einklang gebracht werden kann.“
Ios innere Wärme wird durch die Gezeitenkräfte erzeugt, die auf der einen Seite vom Riesenplaneten Jupiter und auf der anderen Seite von zwei benachbarten Monden, die weiter vom Jupiter umkreisen, verursacht werden – Europa und Ganymed auf der anderen.
Forscher sagen, es gibt Fragen darüber, wie sich diese Gezeitenerwärmung auf das Innere des Mondes auswirkt. Einige schlagen vor, dass es das tiefe Innere erwärmt, aber die vorherrschende Ansicht ist, dass der größte Teil der Erwärmung in einer relativ flachen Schicht unter der Kruste stattfindet, der Asthenosphäre. In der Asthenosphäre verhält sich Gestein wie Kitt und verformt sich unter Hitze und Druck langsam.
„Unsere Analyse unterstützt die vorherrschende Ansicht, dass der größte Teil der Wärme in der Asthenosphäre erzeugt wird, aber wir haben festgestellt, dass sich die vulkanische Aktivität 30 bis 60 Grad östlich von unserem erwarteten Standort befindet“, sagte Hamilton.
Auf der Erde ist eine einfache Erklärung für die Entstehung von Vulkanen, dass bei einer solchen Verschiebung der tektonischen Platten das Magma unter der Oberfläche an die Oberfläche fließen kann. Auf Io zwingen die Gezeitenkräfte von Jupiter tatsächlich dazu, dass sich die Oberfläche von Io um bis zu 100 m nach oben und unten wölbt, wodurch Magma kontinuierlich strömt.
Die Wissenschaftler erklärten das Tauziehen zwischen der massiven Gravitation des Jupiter und den kleineren, aber zeitlich präzisen Sogs von zwei benachbarten Monden wie folgt:
Io umkreist schneller als diese anderen Monde und vollendet jedes Mal zwei Umlaufbahnen, wenn Europa eine beendet, und vier Umlaufbahnen für jede, die Ganymed macht. Dieses regelmäßige Timing bedeutet, dass Io die stärkste Anziehungskraft von seinen benachbarten Monden an derselben Orbitalposition spürt, was Ios Umlaufbahn in eine ovale Form verzerrt. Dies wiederum bewirkt, dass sich Io biegt, während es sich um Jupiter bewegt.
Wenn sich Io beispielsweise dem Jupiter nähert, verformt die starke Gravitation des Riesenplaneten den Mond in seine Richtung und dann, wenn Io sich weiter entfernt, nimmt die Anziehungskraft ab und der Mond entspannt sich. Die Biegung durch die Schwerkraft verursacht Gezeitenerwärmung – genauso wie Sie eine Stelle auf einem Drahtkleiderbügel durch wiederholtes Biegen erwärmen können, erzeugt die Biegung Reibung im Inneren von Io, die die enorme Hitze erzeugt, die den extremen Vulkanismus des Mondes antreibt.
Dies ist eine Karte des vorhergesagten Wärmeflusses an der Oberfläche von Io aus verschiedenen Modellen der Gezeitenheizung. In roten Bereichen wird mehr Wärme an der Oberfläche erwartet, während in blauen Bereichen weniger Wärme erwartet wird. Abbildung A zeigt die erwartete Wärmeverteilung auf der Oberfläche von Io, wenn die Erwärmung durch die Gezeiten hauptsächlich innerhalb des tiefen Mantels auftritt, und Abbildung B ist das erwartete Oberflächenwärmeflussmuster, wenn die Erwärmung hauptsächlich innerhalb der Asthenosphäre auftritt. Im Szenario des tiefen Mantels konzentriert sich der Oberflächenwärmefluss hauptsächlich an den Polen, während sich der Oberflächenwärmefluss im Szenario der asthenosphärischen Erwärmung in der Nähe des Äquators konzentriert. Bildnachweis: NASA/Christopher Hamilton.
Aber eine neue geologische Karte von Io zeigte den Versatz der Vulkane von dem, was das Modell vorhersagte.
Zu den Möglichkeiten, den Offset zu erklären, gehören eine schnellere Rotation als erwartet für Io, eine innere Struktur, die es dem Magma ermöglicht, erhebliche Entfernungen von der stärksten Erwärmung zu den Punkten zurückzulegen, an denen es an der Oberfläche ausbrechen kann, oder eine fehlende Komponente in der bestehenden Gezeitenerwärmung Modelle, wie flüssige Gezeiten aus einem unterirdischen Magmaozean, so das Team.
Das Magnetometer-Instrument der Galileo-Mission der NASA hat ein Magnetfeld um Io entdeckt, was auf die Anwesenheit eines globalen Magmaozeans unter der Oberfläche hindeutet. Während Io Jupiter umkreist, bewegt es sich im riesigen Magnetfeld des Planeten. Forscher glauben, dass dies in Io ein Magnetfeld induzieren könnte, wenn es einen globalen Ozean aus elektrisch leitfähigem Magma hätte.
„Unsere Analyse unterstützt ein globales Magma-Ozean-Szenario unter der Oberfläche als eine mögliche Erklärung für den Versatz zwischen vorhergesagten und beobachteten Vulkanstandorten auf Io“, sagt Hamilton. „Allerdings wäre Ios Magmaozean nicht wie die Ozeane auf der Erde. Anstatt eine vollständig flüssige Schicht zu sein, wäre Ios Magmaozean wahrscheinlich eher wie ein Schwamm mit mindestens 20 Prozent Silikatschmelze in einer Matrix aus langsam verformbarem Gestein.“
Es wird angenommen, dass die Gezeitenerwärmung auch für Ozeane mit flüssigem Wasser verantwortlich ist, die wahrscheinlich unter den eisigen Krusten von Europa und dem Saturnmond Enceladus existieren. Da flüssiges Wasser ein notwendiger Bestandteil des Lebens ist, vermuten einige Forscher, dass in diesen unterirdischen Meeren Leben existieren könnte, wenn auch eine nutzbare Energiequelle und ein Vorrat an Rohstoffen vorhanden sind. Diese Welten sind viel zu kalt, um flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche zu tragen. Ein besseres Verständnis der Funktionsweise der Gezeitenheizung könnte daher zeigen, wie sie das Leben an ansonsten unwirtlichen Orten im gesamten Universum aufrechterhalten könnte.
„Der unerwartete Ostversatz der Vulkanstandorte ist ein Hinweis darauf, dass in unserem Verständnis von Io etwas fehlt“, sagt Hamilton. „Das ist gewissermaßen unser wichtigstes Ergebnis. Unser Verständnis der Gezeitenwärmeproduktion und ihrer Beziehung zum Oberflächenvulkanismus ist unvollständig. Die Interpretation, warum wir den Offset und andere von uns beobachtete statistische Muster haben, ist offen, aber ich denke, wir haben viele neue Fragen ermöglicht, was gut ist.“
Der Vulkanismus von Io ist so umfangreich, dass er etwa alle Millionen Jahre oder so vollständig wieder an die Oberfläche tritt, eigentlich ziemlich schnell im Vergleich zum 4,5-Milliarden-Jahres-Alter des Sonnensystems. Um also mehr über Ios Vergangenheit zu erfahren, müssen wir seine innere Struktur besser verstehen, da seine Oberfläche laut Hamilton zu jung ist, um seine gesamte Geschichte aufzuzeichnen.
Quelle: JPL
