Io i spółka – najciekawszy księżyc Jowisza na najnowszych zdjęciach
Dzięki modernizacji Wielkiego Teleskopu Lornetkowego astronomowie wykonali niecodzienne zdjęcie z Ziemi. Przedstawia ono szczegóły powierzchni Io – jednego z blisko stu znanych księżyców Jowisza. Co jest w nim tak niezwykłego?
Podwójny teleskop
Wielki Teleskop Lornetkowy znajduje się w międzynarodowym obserwatorium astronomicznym na Górze Grahama (3267 m n.p.m), na terenie obszaru chronionego Coronado National Forest w Arizonie. Dla Apaczów to miejsce święte, które współczesna nauka wykorzystuje dziś także do zgłębiania tajemnic Wszechświata. Sam teleskop składa się z dwóch bliźniaczych instrumentów, umieszczonych w jednym budynku (niezbyt podobnym do tradycyjnej kopuły) i nachylonych względem siebie nawzajem pod nieco innym kątem. Z daleka przypomina gigantyczną lornetkę, co nie jest dalekie od prawdy – to największe tego typu urządzenie na świecie.
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Teleskop obserwuje niebo w świetle widzialnym i w podczerwieni. W tym pierwszym zakresie za obserwacje odpowiada oddany do użytku w roku 2023 instrument o nazwie SHARK-VIS, czyli bardzo czuła kamera zbudowana przez specjalistów z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki w Rzymie. Kamera ściśle współpracuje z układem optyki aktywnej, który w czasie rzeczywistym dostosowuje kształt elementów bliźniaczych zwierciadeł obu teleskopów, na bieżąco korygując zniekształcenia rejestrowanego obrazu powodowane zmianami atmosferycznymi. Podczas przetwarzania danych algorytmy dodatkowo wybierają najwyraźniejsze obrazy i łączą je, aby analizujący je później naukowcy mogli wydobyć z nich jak najwięcej wartościowych informacji. Dane w zakresie podczerwonym rejestruje z kolei analogiczna kamera SHARK-NIR, zaprojektowana m.in. do rejestrowania w trybie szybkim obrazów nieba o bardzo niskim poziomie szumów.
W opublikowanym w czerwcu 2024 roku artykule amerykańsko-włoski zespół opisuje rejestrację wulkanu wybuchającego na jednym z satelitów Jowisza – Io. Został on wybrany do testów aparatury teleskopu nieprzypadkowo, bo wiemy od dawna, że jego powierzchnia na skutek aktywności wulkanicznej wykazuje nagłe i bardzo wyraźne zmiany. Korzystając z nowej kamery SHARK-VIS, astronomowie byli w stanie uchwycić szczegóły jego powierzchni o rozmiarach zaledwie 80 kilometrów. To świetna rozdzielczość, którą do tej pory osiągały jedynie sondy kosmiczne, odpowiadająca wyraźnemu zdjęciu monety fotografowanej z odległości około 160 km. Wyraźniejszego zdjęcia Io wykonanego z Ziemi do tej pory jeszcze nie było!
Wielki Teleskop Lornetkowy na Górze Graham jest jedynym w swoim rodzaju, z dwoma 27-metrowymi zwierciadłami zamontowanymi obok siebie. Źródło: NASA.
Układ Słoneczny w miniaturze
Jedną z pierwszych, a prawdopodobnie nawet pierwszą osobą, która zobaczyła księżyc Io z Ziemi, był Galileusz, który w styczniu 1610 roku wycelował w Jowisza ulepszoną przez siebie lunetę. Przy około 20-krotnym powiększeniu ze zdziwieniem ujrzał tuż obok gazowego olbrzyma coś jeszcze: trzy niewielkie obiekty. Z czasem okazało się, że jest ich cztery. Kolejnej nocy Galileusz znów spojrzał na Jowisza. Ze zdziwieniem stwierdził, że towarzyszące mu, małe gwiazdki po zaledwie dobie wyraźnie zmieniły położenie. Po kilku dniach uważnych obserwacji doszedł natomiast do (rewolucyjnego jak na tamte czasy) wniosku, że cztery punkciki muszą… krążyć wokół Jowisza.
Tym samym włoski uczony nie tylko po raz pierwszy ujrzał księżyc innej planety, ale przede wszystkim wykazał istnienie pierwszych ciał niebieskich poruszających się na orbicie innego ciała niż, jak wówczas jeszcze wierzono, Ziemia (lub Słońce). W rzeczywistości Galileusz znalazł znakomity dowód obserwacyjny na to, że nie wszystko w kosmosie kręci się wokół Ziemi. Jego odkrycie potwierdzało i wspierało teorię heliocentryczną Mikołaja Kopernika.
Najbardziej aktywny z księżyców
Io, należący do czwórki galileuszowych satelitów Jowisza, jest wyjątkowy pod wieloma względami. Jest nieco większy od ziemskiego Księżyca, ale przy tym najgęstszy ze wszystkich znanych dziś księżyców. Charakteryzuje go ponadto najniższa zawartość wody spośród znanych obiektów astronomicznych w Układzie Słonecznym. Największą sławę zyskał jednak dzięki wulkanom, których ma ponad 400. To najbardziej aktywny geologicznie globem naszego układu, co wynika prawdopodobnie z faktu, że jest nieustannie grawitacyjnie "ściskany" i "przyciągany" między Jowiszem i jego pozostałymi dużymi satelitami: Europą, Ganimedesem i Kallisto. Zmienne w czasie oddziaływanie grawitacyjne Jowisza na glob powoduje jego deformację, co prowadzi do silnego ogrzewania pływowego jego wnętrza.
Wulkany Io też są imponujące: ich erupcje czasem wznoszą się nawet na 500 kilometrów. Niektóre z tutejszych gór są wyższe niż Mount Everest, a większa część powierzchni Io składa się z rozległych równin pokrytych powłoką siarki i jej związków. Aktywność wulkaniczną Io wykryto w latach siedemdziesiątych XX wieku, gdy do układu Jowisza dotarły bliźniacze sondy Voyager. To właśnie one, w odstępie paru miesięcy, pokazały, że Io dynamicznie się zmienia: w jednych miejscach wulkany wygasają, ale gdzie indziej wciąż pojawiają się nowe. Aktywność wulkaniczną Io w postaci wielkiego pióropusza erupcji na jednym ze zdjęć satelity po raz pierwszy w 1979 roku zauważyła Linda Morabito, inżynier misji Voyager.
Nowe i przyszłe zdjęcia
Okazuje się teraz, że na zdjęciach Io wykonanych z Ziemi przez Wielki Teleskop Lornetkowy pod koniec 2023 roku udało się uchwycić aktywny wulkan Pele, położony na południe od równika Io. Widać, że jego efektowny pióropusz pozostawia wokół pierścień czerwonych osadów siarkowych o średnicy około 1000 km. Z kolei erupcja kolejnego pobliskiego wulkanu o nazwie Pillan Patera, na zdjęciu widocznego na prawo od Pele, pokryła jego okolicę ciemniejszą lawą i białymi osadami dwutlenku siarki.
Księżyc Io zobrazowany przez SHARK-VIS 10 stycznia 2024 roku. Obraz łączy w sobie trzy pasma spektralne (podczerwone, czerwone i żółte), co pozwoliło uwydatnić czerwonawy pierścień wokół Pele (poniżej i na prawo od środka księżyca) oraz biały pierścień Pillan Patera (na prawo od Pele) (INAF/Large Binocular Telescope Observatory/Georgia State University; Pedichini; D. Hope, S. Jefferies, G. Li Causi).
W rzeczywistości nowy obraz z użyciem SHARK-VIS jest tak szczegółowy, że pozwolił zespołowi zidentyfikować główne zdarzenie związane z przemianą powierzchni wokół Pele, w którym osad w pobliżu tego wielkiego wulkanu został pokryty osadami erupcyjnymi z sąsiedniego Pillan Patera. Podobne zjawiska w latach 1995-2003 zaobserwowała już wcześniej sonda Galileo, ale aż do czasów modernizacji Wielkiego Teleskopu Lornetkowego nie były one możliwe do obserwacji z Ziemi.
Rozdzielczość zdjęć z Wielkiego Teleskopu Lornetkowego sprawia, że pod względem obrazowania stosunkowo bliskich obiektów może on skutecznie rywalizować z fotografiami pochodzącymi z przelotów sond kosmicznych w pobliżu planet olbrzymów. Naukowcy zamierzają teraz skierować instrument SHARK-VIS na inne obiekty Układu Słonecznego, w tym planety i ich księżyce oraz planetoidy. Część tych obserwacji już wykonano – pozostaje nam czekać na ich upublicznienie. Czy niedługo z Ziemi znów na nowo "zobaczymy" także inne księżyce galileuszowe, w tym pokrytą lodem Europę? Dla niektórych emocje związane z tym oczekiwaniem mogą dorównywać tym, jakie towarzyszyły czekającym na zdjęcia badaczom misji Voyager w drugiej połowie XX wieku.
Więcej: https://www.astronomy.com/science/volcanic-moon-io-gets-close-up-look-from-earth-observatory/
Autor: Elżbieta Kuligowska
