Krajina sopek (2): Bouřlivý svět vulkánů Jupiterova měsíce Io

Kromě Voyagerů 1 a 2, jež kolem Io „pouze“ prolétly ve vzdálenosti 20 600 km, respektive 1 130 000 km, se výzkumu bizarního světa věnovala i sonda Galileo. Na rozdíl od svých předchůdců však uskutečnila mezi roky 1995 a 2002 celkem 11 průletů, takže mohla sledovat postupné změny, které tam sopečná činnost vyvolala. A také tentokrát příroda očekávání vědců předčila: Míra aktivity překonala i nejsilnější sopečnou činnost, jaká se dnes odehrává na Zemi. Io nám tak umožňuje poznat vulkanické procesy, jež probíhaly na modré či rudé planetě v počátcích jejich vývoje.

Předchozí část: Krajina sopek (1): Bouřlivý svět vulkánů Jupiterova měsíce Io

O silné aktivitě přesvědčila badatele zejména sopka Pillan Patera, kterou automat sledoval od května do září 1997. Během sto dní totiž vyvrhla 31 km³ lávy, a to rychlostí až 10 000 m³/s. Pro srovnání: Cumbre Vieja na La Palmě, jednom z Kanárských ostrovů, vyprodukovala během své činnosti od září do prosince 2021 „jen“ necelých 0,5 km³ sopečného materiálu. 

Jenom síra?

Měření teplot na měsíci Io prostřednictvím Voyagerů 1 a 2 v roce 1979 umožnilo vědcům odhadnout složení místních láv. Zjištěná maxima dosahovala zhruba 380 °C, což vypovídalo o lávách bohatých na síru, jež se taví při nižších teplotách. Velmi dobře s tím korespondovalo i jejich zabarvení, které souvisí s tím, že má síra za různých teplot odlišné, tzv. alotropické modifikace: od nejteplejší černé přes červenohnědou až po červenou a oranžovou. 

Roku 1986 však odborníci při měření ze Země zjistili, že vulkanické erupce na Io dosahují nejméně 600 °C. Tak vysoké teploty vylučují výskyt láv bohatých na síru, protože daleko přesahují bod jejich varu v podmínkách měsíce. Jako nejpravděpodobnější se tedy v daných horkých místech jeví přítomnost tzv. ultramafických láv bohatých na hořčík, což podporují měření sondy Galileo, která tam odhalila minerál oplývající zmíněným prvkem. Podobné typy lávy se na naší planetě naposledy vyskytovaly zhruba před třemi miliardami roků, kdy měl zemský plášť vyšší teplotu a jiné složení než dnes.

Aktivita vulkánu na záběru sondy Galileo. Na snímku je patrný chochol materiálu tryskajícího do výšky stovek kilometrů nad povrch měsíce. (foto: NASA, JPL, DLR, CC0)

Ještě vyšší teploty pak automat z bezpečné vzdálenosti naměřil v letech 1996 a 1997. Vůbec nejžhavějším místem na Io se ukázala erupce sopky Pillan Patera, kde sonda Galileo zjistila 1 050 °C, s možným zvýšením až na 1 350 °C. Počáteční odhady blížící se 1 700 °C se později ukázaly jako nadhodnocené, protože stavěly na špatných tepelných modelech. Daná zjištění podporují představu, že ve vulkanismu na Io nehraje roli pouze síra, nýbrž i další prvky, zejména silikáty. 

Nabitý satelit

Sonda Galileo strávila pozorováním Io méně času než sledováním ostatních velkých satelitů – především to pro ni totiž znamenalo jistá rizika. Souputník obíhá hluboko v Jupiterově radiačním pásu, kde se zachytávají částice slunečního větru a úroveň radiace dosahuje jedněch z nejvyšších hodnot v naší soustavě. Nabité částice pak velkou rychlostí dopadají na Io a vyrážejí z jeho povrchových vrstev neutrální atomy v množství zhruba 1 tuny za sekundu! Kdykoliv tedy měsíc procházel stínem planety, sledovala kolem něj sonda tenký lem zářícího plynu, rozsvíceného dopadajícími elektrony z atmosféry Jupitera.

Přenos nabitých částic, zejména z vulkanických erupcí, ovšem probíhá i opačně – od Io k plynnému obrovi. Mocná magnetosféra planety zachycuje ionty vyražené z povrchu měsíce, načež padají podél magnetických siločar k Jupiterovým pólům a vysokou rychlostí se srážejí s molekulami atmosférických plynů. Při popsaných kolizích vznikají specifické polární záře, pozorovatelné především v oboru rentgenového záření, které nám prozrazují, že zmíněným grandiózním „elektrickým obvodem“ tečou proudy až kolem 10 milionů ampérů. Pod diktátem monstrózního magnetického pole planety se však do obvodu zapojují i další její „vodivé“ měsíce, a spoludotvářejí tak nejintenzivnější aurory ve Sluneční soustavě. 

Nic netrvá věčně

Pouze Jupiter by na proměnu Io v rozžhavený svět nestačil – samotné slapové působení gigantické planety by totiž excentricitu dráhy měsíce postupně snížilo k nule. Po výstředné trajektorii ho nutí obíhat jeho sousedé Ganymed a Europa. Io plynného obra obkrouží za 1,769 dne, zatímco u druhých dvou družic jde o 3,551, respektive 7,155 dne. Jejich oběžné periody se tedy nacházejí téměř přesně v poměru 1 : 2 : 4. Vzájemná gravitační vazba se nazývá rezonance a Io se v jejím důsledku pohybuje po poněkud výstředné dráze.

TIP: Sonda Juno se naladila na zvláštní rádiové vlny vulkanického měsíce Io

V červnu 2009 však Valéry Lainey a jeho kolegové z Observatoire de Paris v časopise Nature publikovali, že rezonanční periody oběhu Jupiterových měsíců nemají trvalý charakter. Důkladná analýza ukázala, že Io se posouvá směrem k obří planetě, a jeho trajektorie se tak stává kruhovější. Naproti tomu Ganymed a Europa se od Jupitera vzdalují, tudíž zřejmě nezůstanou v rezonanci s Io déle než sto milionů let. Vulkanická aktivita měsíčku tedy znamená pouhou epizodu v jeho dlouhé historii. A my máme to štěstí, že jej v dané fázi můžeme pozorovat.