آيو (قمر)

تكوينه الداخلي

من جانب آخر، تقترح التصورات بناء على قياسات فوياجر وجاليليو لكتلة آيو وقطره ومعدل سحبه الجذبوي (مقدار رقمي يساوي كم يتم توزيع الكتلة على الجسم) أن داخل القمر موزع بين القشرة الغنية بالسليكات وطبقة الوشاح إلى جانب الحديد أو كبريتات الحديد في اللب. يشكل لب آيو الحديدي على وجه التقريب 20% من كتلته. بالنظر إلى كمية الكبريت في اللب فإن قطر اللب يساوي ما بين 350 و650 كم إن كانت مكونة من الحديد بالكامل وبين 550 و900 كم إن كانت خليطا من الكبريت والحديد.

إضافةً إلى ذلك، يتكون آيو بشكل رئيسي من صخر السليكات ولذا فهو قريب في التكوين من الكواكب الصخرية عن الأقمار الأخرى الموجودة في المجموعة الشمسية الخارجية والتي تتكون عادة من جليد الماء والسليكات. تبلغ كثافة آيو 3.5275 جم/سم مكعب وهو بذلك الأعلى كثافة من بين كل أقمار المجموعة الشمسية وأعلى بكثير من الأقمار الجاليلية الأخرى وخاصة غانيميد وكاليستو والذين تتراوح كثافتهما في حدود 1.9 جم/سم مكعب وأعلى قليلا من القمر.

النشاط البركاني

وعلى صعيد آخر، التسخين المدي الناتج عن التذبذب المداري لآيو جعل آيو الجسم الأكثر نشاطا بركانيا في المجموعة الشمسية باحتوائه على المئات من المراكز البركانية والحمم البركانية السائلة بكميات ضخمة. أثناء الثوران البركاني الضخم تسيل الحمم البركانية لعشرات وأحيانا مئات الكيلومترات والتي تتكون بشكل رئيسي من بازلت السليكات.

وفي هذا السياق، تحليل صور مسبار فوياجر أدت العلماء إلى الاعتقاد بأن هذه السيول من الحمم البركانية تتكون بشكل رئيسي من مركبات الكبريت المنصهر المختلفة. إلا أن الدراسات بالأشعة تحت الحمراء من على سطح الأرض والقياسات من مسبار جاليليو أشارت إلى أن الحمم تتكون من حمم بالستية. هذه الفرضية تستند إلى قياس الحرارة لمناطق آيو الساخنة أو مناطق الانبعاث الحراري والتي تصل إلى 1300 كيلفن وفي بعض المناطق إلى 1600 كيلفن. القياسات المبدأية والتي تشير إلى درجات حرارة عند الثورات البركانية تبلغ 2000 كيلفن اتضح أنها مبالغة والتي ترجع إلى استخدام تصورات خاطئة.

إضافةً إلى ذلك، سطح آيو منقط بالانخفاضات البركانية والتي عادة ما تكون منبسطة القاع ومحاطة بجدران. هذه الانخفاضات تشبه الكالديرا الأرضية لكن ليس معروفا ما إذا كانت تتشكل عن طريق الانهدام على غرفة حمم بركانية فارغة مثل نظيراتها الأرضية أم لا. بعض الافتراضات تقترح تشكلها عن طريق خروج الجيب البركاني والمواد الخارجية تطرد للخارج أو تسقط داخل الجيب البركاني. على عكس نظيراتها في الأرض والمريخ فإن هذه الانخفاضات لا تقع عند قمة البركان الدرعي وعادة ما تكون أكبر بمتوسط نصف قطر 41 كم حيث أكبرها هي لوكي باتيرا والتي تبلغ 202 كم. لوكي هو كذلك البركان الأكثر عنفا على آيو حيث يساهم بحوالي 25% من الحرارة الناتجة خارجيا من آيو. هذه المناطق عادة ما تكون مناطق الثورات البركانية سواء عن طريق سيل الحمم البركانية أو في شكل بحيرة من الحمم. بحيرات الحمم على آيو تمتلك إما قشرة حمم متبدلة كما في بيلى أو قشرة تتبدل باستمرار كما في لوكي.

من جانب آخر، نوع آخر من السحب يتشكل عند تقوم الحمم البركانية السائلة بتبخير ثاني أكسيد الكبريت الموجود تحتها باعثة الكبريت عاليا في السماء. هذا النوع من السحب عادة ما يكون ترسبات دائرية لامعة مكونة من ثاني أكسيد الكبريت. عادة ما تكون هذه السحب أقل من 100 كم في الارتفاع وهي من السحب التي تدوم لفترة طويلة على آيو. أمثلة على هذه السحب تشمل بروميثيوس وأميراني وماسوبي. المركبات الكبريتية تتركز في أعلى القشرة بسبب انخفاض ذوبان الكبريت في طبقات الجو العليا للقمر.

كذلك، اكتشاف سحب الغاز من بركاني بيلى ولوكي كانت العلامة الأولى على أن آيو نشط جيولوجيا. بشكل عام فإن هذه السحب تتكون عندما تُدفع المواد المتطايرة مثل الكبريت وثاني أكسيد الكبريت عاليا في السماء من براكين آيو بسرعة تصل إلى 1 كم في الثانية مكونة سحبا في شكل الشمسية من الغازات والغبار. كما يمكن العثور على مواد أخرى في هذه السحب مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكلور. هذه السحب تكون ترسبات حمراء وسوداء على سطح القمر. السحب المتكونة بهذه الطريقة هي من ضمن الأضخم على سطح آيو حيث تكون حلقة قطرها يزيد عن 1000 كم. أمثلة على هذه الحلقات تشمل بيلى وتفاشتر ودازبوج.

المدار والدوران

علاوةً على ذلك، يدور آيو حول المشتري على مسافة 421.700 كم من مركز المشتري و350.000 كم من قمة سُحبه. آيو هو القمر الداخلي من الأقمار الغاليلية الأربعة للمشتري حيث يوجد مداره بين ثيبس ويوروبا. باعتبار الأقمار الداخلية للمشتري فإن آيو هو القمر الخامس بعداً عن المشتري. يستغرق آيو 42.5 ساعة ليكمل دورة كاملة حول المشتري (سريع بشكل كاف ليتم ملاحظته وملاحظة حركته خلال ليلة واحدة). آيو في رنين مداري 2:1 مع يوروبا و4:1 مع غانيميد حيث يكمل دورتين حول المشتري لكل دورة واحدة ليوروبا ويكمل 4 دورات لكل دورة واحدة لغانيميد. هذا الرنين يساعد في المحافظة على الانحراف المداري الخاص بآيو (0.0041) والذي بدوره يوفر المصدر الرئيسي للحرارة ونشاطه الجيولوجي.

من جهة ثانية، مثل الأقمار الغاليلية الأخرى والقمر، فإن آيو يدور حول المشتري في تقييد مدي مع مدته المدارية مما يجعل جانباً واحداً من القمر مواجها للمشتري.

فوياجر

من جانب آخر، عند مرور المسبارين التوأمين فوياجر 1 وفوياجر 2 بآيو في 1979، سمح نظام التصوير الأكثر تقدما الخاص بهما بالتقاط صور أكثر وضوحاً وتفاصيلاً. طار فوياجر 1 مرورا بآيو في 5 مارس 1979 من مسافة 20600 كم من سطح القمر. الصور التي عادت أظهرت سطحا غريباً عديد الألوان وبدون اصطدامات. الصورة الأكثر وضوحا أظهرت سطحاً قليل العمر نسبياَ منقط بحفر غريبة الشكل، وجبال أعلى من جبل إيفرست وأشكال تشبه حمما بركانية.

وفي السياق ذاته، مرت فوياجر 2 بآيو في 9 يوليو 1979 من مسافة 1130000 كم من سطح آيو. وعلى الرغم من أنه لم يقترب كما فعل فوياجر 1 إلا أن المقارنة بين الصور الملتقطة عن طريق المسبارين أظهرت اختلافاً في السطح في مدة الأربع شهور بين المسبارين.

بيونير

وفي السياق ذاته، أول سفينة فضاء تمر بجوار آيو هي بيونير 10 وبيونير11 في 3 ديسمبر 1973 و2 ديسمبر 1974 على الترتيب. التتبع الراديوي قدم تقديرا محسّنا لكتلة آيو والتي مع المعلومات المتوفرة عن حجم آيو اقترحت أن آيو يمتلك الكثافة الأعلى بين الأقمار الأربعة وأنه متكون بشكل رئيسي من صخر السليكات وليس من جليد الماء.

تكوين السطح

وعلى صعيد آخر، الخريطة التكوينية وكثافة آيو العالية تقترح أن القمر يحتوي القليل من الماء أو لا يحتوي على ماء على الإطلاق. على الرغم من وجود حفر صغيرة بها جليد الماء أو معادن مماهة خاصة على شمال غرب القمر. يحتوي آيو على أقل كمية من الماء على أي جسيم في المجموعة الشمسية. هذا النقص الشديد في المياه سببه غالبا هو أن سخونة المشتري كفاية في أثناء تطور المجموعة الشمسية بشكل كاف لإزالة المواد المتطايرة مثل الماء.

ومن ناحية أخرى، شكل آيو الملون هو نتيجة للمواد المترسبة نتيجة لنشاطه البركاني الشديد مثل السليكات والكبريت وثاني أكسيد الكبريت. تنتشر سحب ثاني أكسيد الكبريت على سطح القمر مشكلة مساحات شاسعة مغطاه باللون الأبيض أو الرمادي. يمكن رؤية الكبريت كذلك في مناطق مختلفة من سطح القمر مكونة مناطق صفراء أو خضراء. غالبا ما يتم تدمير الكبريت المترسب في المناطق القطبية بفعل الإشعاع. هذا التدمير هو ما يسبب اللون الأحمر البني عند قطبي آيو.

الجبال

ومن ناحية أخرى، يوجد على آيو من 100 إلى 150 جبلا بمتوسط ارتفاع 6 كم ويبلغ ارتفاع أعلى جبل 17.5 كم على وجه التقريب في جنوب بيزولى مونتس. غالبا ما تظهر الجبال كمكونات ضخمة منعزلة بدون شكل تكتوني محدد على عكس الأرض.

ومن ناحية أخرى، على الرغم من النشاط البركاني الكبير الذي يعطي آيو شكله المميز إلا أن على وجه التقريب كل الجبال هي مكونات تكتونية وليست ناتجة عن البراكين حيث تشكلت أغلب جبال آيو بسبب الضغط على قاعدة طبقة القشرة. كما أن التوزيع الجيولوجي للجبال يبدو كما لو كان معاكسا للتوزيع الجيولوجي للبراكين حيث أن المناطق التي توجد بها الجبال يوجد بها براكين أقل والعكس صحيح. على وجه التقريب كل الجبال على سطح آيو تبدو كما لو كانت في مرحلة ما من التآكل مع ترسبات ضخمة عند قاع الجبال مكونة حواف متعرجة مما يؤدي إلى مناطق ضعف في حواف الجبال على سطح آيو.

جاليليو

من جهة ثانية، وصلت سفينة غاليليو إلى المشترى في عام 1995 بعد رحلة دامت 6 سنوات من الأرض لتكمل اكتشافات مسباري فوياجر والملاحظات من على سطح الأرض على مدار السنين. وجود آيو في أحد أكثر الأحزمة الإشعاعية لكوكب المشتري قوة ألغى فكرة الطيران القريب إلا أن غاليليو مرت قريبة بالكاد قبل دخول مداره. على الرغم من أنه لم يتم التقاط صور أثناء المرور القريب لغاليليو في 7 ديسمبر 1995 إلا أن الاقتراب قدم نتائج رائعة كاكتشاف اللب الحديدي الضخم والذي يشبه الموجود في الكواكب الصخرية في المجموعة الشمسية.

الغلاف الجوي

• انظر كذلك
• غلاف آيو الجوي
• قائمة الأقمار الطبيعية
• غانيميد
• جيولوجيا كوكبية

من جهة ثانية، يمتلك آيو غلافا جويا رقيقا للغاية والذي يتكون بشكل رئيسي من ثاني أكسيد الكبريت مع كميات قليلة من أول أكسيد الكبريت وكلوريد الصوديوم وكبريت ذري وأكسجين. هناك تنوع كبير في الغلاف الجوي لآيو في الكثافة ودرجات الحرارة في كل وقت من اليوم وخطوط العرض والنشاط البركاني. أقصى ضغط جوي على سطح آيو يبلغ من 3.3 × 10−5 إلى 3 × 10−4 باسكال. تتراوح حرارة آيو بين الحرارة على السطح عند ارتفاعات منخفضة حيث يتواجد ثاني أكسيد الكبريت في توازن مع الغاز عند السطح إلى 1800 كلفن عند الارتفاعات العالية حيث يسمح الانخفاض في كثافة الغلاف الجوي الحرارة من البلازما.

وفي هذا السياق، تُظهر الصور عالية الجودة لآيو أن القمر يشهد ظاهرة الشفق القطبي. ومثل الأرض فالسبب هو الجسيمات الإشعاعية والتي تصطدم بغلافه الجوي إلا أن هنا في هذه الحالة تأتي الجسيمات المشحونة من غلاف المشتري المغناطيسي بدلا من الشمس في حالة الأرض. عادة ما يحدث الشفق القطبي قرب الأقطاب المغناطيسية للكواكب إلا أن الشفق القطبي الخاص بآيو يكون أكثر سطوعا عند خط الاستواء. لا يحتوي آيو على غلاف مغناطيسي داخلي خاص به لذا فإن الإلكترونات التي تسافر على طول المجال المغناطيسي للمشتري تصطدم بغلاف آيو الجوي مباشرة وتتجمع المزيد من الإلكترونات في غلافه الجوي منتجة الشفق القطبي.

التفاعل مع مجال المشتري المغناطيسي

علاوةً على ذلك، يلعب آيو دورا هاما في تشكيل مجال المشتري المغناطيسي حيث يعمل كمولد كهربائي قادر على توليد 400000 فولت حول نفسه وتكوين تيار كهربائي من 3 ملايين أمبير مطلقا الأيونات التي تعطي المشتري مجالاً مغناطيسياً والذي يتضاعف في الحجم عن ما كان سيكون بدون وجود القمر. يكنس مجال المشتري المغناطيسي الغازات والغبار من غلاف آيو الرقيق بمعدل 1 طن لكل ثانية. تتكون هذه المواد غالبا من الكبريت الذري والمتأين والأكسجين والكلور والصوديوم والبوتاسيوم الذري وغبار كلورايد الصوديوم. تنتج هذه المواد من نشاط آيو البركاني إلا أن المواد التي تهرب إلى مجال المشتري المغناطيسي وإلى الفضاء بين الكواكب تأتي مباشرة من غلاف آيو.

في هذا الإطار، حول آيو وعلى مسافة تصل إلى 6 أضعاف قطر آيو توجد سحابة من الكبريت المتعادل والأكسجين والصوديوم وذرات البوتاسيوم. هذه الجزيئات تتكون في غلاف آيو العلوي وتثار باصطدام الأيونات وبعمليات أخرى في كرة هيل وهي المنطقة التي تطغى فيها جاذبية آيو على جاذبية المشتري. تهرب بعض هذه المواد من جاذبية آيو وتنطلق لتدور حول المشتري.

التسمية

إضافةً إلى ذلك، الأشياء على آيو تمت تسميتها على اسم شخصيات وأماكن في أسطورة آيو فضلًا عن آلهة النار والبراكين والشمس والرعد من أساطير مختلفة وشخصيات وأماكن من جحيم دانتى كأسماء مناسبة لطبيعة البراكين. ولأن سطح القمر تمت رؤيته لأول مرة بوضوح عن طريق فوياجر 1 فقد وافق الاتحاد العالمي للفلك على 225 اسم لبراكين وجبال في آيو.

من جهة ثانية، على الرغم من أن اكتشاف الأقمار الجاليلية لا يرجع إلى سيمون ماريوس إلا أنه تم تبني تسميته لها. في كتابه المنشور في عام 1614 موندوس إيفياليس اقترح عدة أسماء بديلة للقمر الداخلي للمشتري مثل «عطارد المشتري» و «أول أقمار جوفيان». إلا أنه بناء على اقتراح جوهانز كبلر في أكتوبر 1613 بتسمية الأقمار على أسماء محبوبات الشخصية الأسطورية اليونانية زيوس أو نظيره الروماني جوبتر (المشتري). وقام بتسمية القمر الداخلي للمشتري على اسم الشخصية الأسطورية اليونانية آيو. لم يتم اعتبار أسماء ماريوس حتى القرون الأخيرة حيث كان يُطلق على القمر بطريقة الترقيم الرومانية وهي طريقة جاليليو باسم «المشترى I» أو «أول أقمار المشتري».

التسخين المدي

إضافةً إلى ذلك، على الرغم من وجود اتفاق عام على ان مصدر الحرارة الظاهرة في الكثير من براكينه النشطة هو التسخين المدي الناتجة عن مد وسحب جاذبية المشتري وقمره يوروبا، إلا أن البراكين ليست موجودة في المكان المتوقع عن التسخين المدي ولكنهم منحرفين بمقدار 30 إلى 60 درجة ناحية الشرق. تقترح دراسة نُشرت بواسطة تايلر في 2015 أن هذا الانحراف ناحية الشرق سببه محيط من الحمم البركانية تحت السطح الصخري. حيث أن حركة هذه الحمم ستنتج المزيد من الحرارة ناتجة عن الاحتكاك بسبب لزوجة الحمم العالية. ناشر البحث يعتقد أن هذا المحيط يتكون من الصخور المنصهرة والصلبة.

من جانب آخر، هناك أقمار أخرى في المجموعة الشمسية بها تسخين مدي كذلك. كما أنها تنتج المزيد من الحرارة كذلك بسبب احتكاك محيط من الحمم البركانية تحت السطح الصخري. هذه القدرة على إنتاج الحرارة في محيط تحت السطح تزيد من فرص الحياة على أجسام فلكية مثل يوروبا وإنسيلادوس.

من جانب آخر، على عكس الأرض والقمر فإن المصدر الرئيسي للحرارة الداخلية لآيو تأتي من توزيع حدوث المد بدلا من القلب المشع وذلك نتيجة للرنين المداري لآيو مع يوروبا وجانيميد. يعتمد هذا التسخين على البعد من المشتري وعلى انحرافه المداري وتكوينه من الداخل وحالته الفيزيائية.

تاريخ الملاحظة

في هذا الإطار، أول ملاحظة مسجلة آيو كانت بواسطة غاليليو غاليلي في 7 يناير 1610 باستخدام تليسكوب كاسر بقوة تكبير 20 ضعف في جامعة بادوا. إلا أنه في هذه الملاحظة لم يتمكن غاليليو من التفريق بين آيو ويوروبا بسبب قوة التكبير القليلة للتلسكوب الخاص به. لذا فقد قام بتسجيل الاثنين كنقطة ضوء واحدة. تمت رؤية آيو ويوروبا منفصلين لأول مرة أثناء ملاحظة غاليليو لنظام جوفيان في اليوم التالي 8 يناير 1610. تم نشر اكتشاف آيو والأقمار الغاليلية الأخرى في عمل غاليليو Sidereus Nuncius في مارس 1610.

في هذا الإطار، سمح تحسن تكنولوجيا التلسكوبات في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين للفلكيين برؤية تفاصيل واضحة لسطح آيو. إدوارد بارنارد كان أول من اكتشف الاختلاف في السطوع بين المنطقة الاستوائية والقطبية للقمر وأرجع ذلك إلى الاختلاف في اللون. الملاحظات اللاحقة من التلسكوبات أكدت اللون الأحمر البني لقطبي آيو والشريط الأصفر الأبيض عند خط الاستواء.

الملاحظات التالية

ومن جهة أخرى، بعد تدمير مسبار غاليليو المخطط في غلاف المشتري في سبتمبر 2003، أتت ملاحظات جديد لنشاط آيو البركاني من التلسكوبات الموجودة على سطح الأرض خاصة من الصور البصرية من تلسكوب كيك في هاواي وصور تلسكوب هابل والتي سمحت للفلكيين بمتابعة نشاط آيو البركاني.

وفي السياق ذاته، مرت مركبة نيو هورايزونز وفي طريقها إلى بلوتو وحزام كويبر بنظام جوفيان وآيو في 38 فبراير 2007. أثناء المرور تم التقاط الكثير من الصور من مسافة بعيدة للقمر. من بين هذه الصور كانت صورة للسحب المتصاعدة من تفاشتر والتي تعتبر أول صورة واضحة التفاصيل لأكبر السحب المتصاعدة من البراكين في آيو منذ ملاحظات سحب بيلى في 1979. التقطت نيو هورايزونز كذلك صورا لبركان قرب جيرو بيتيرا في المراحل الأولى لثورانه فضلًا عن عدة انفجارات بركانية أخرى والتي حدثت منذ مسبار غاليليو.

السطح

وعلى صعيد آخر، بناء على خبرات العلماء السابقة مع سطوح القمر والمريخ وعطارد، فقد توقع العلماء وجود الكثير من الفوهات الصدمية في أوائل صور فوياجر 1. كثافة الفوهات الصدمية لآيو ستعطي تقديرا لعمر القمر. إلا أن العلماء تفاجأوا بأن سطح آيو خالي تماما على وجه التقريب من أي فوهات صدمية ولكنه على العكس كان مغطى بسطح مستو ومنقط بجبال عالية وحفر مختلفة الأشكال والأحجام وحمم بركانية تسيل على السطح.

جيولوجيا

وعلى صعيد آخر، آيو أكبر قليلاً من القمر حيث يمتلك قطر 1821.3 كم (أكثر 5% من القمر) وكتلة 8.9319 كجم (أكثر 21% من القمر). كما أن شكله ليس كروياً بالضبط وإنما في شكل قطع ناقص بحيث أن محوره الأطول ناحية المشتري. من بين الأقمار الغاليلية في الحجم والكتلة فإن آيو يقع خلف جانيميد وكاليستو ولكن في مقدمة اوروبا.