چه چیزی باعث فوران آتشفشان‌ها در قمر آیو (Io) سیاره مشتری می‌شود؟ دانشمندان دیگر مطمئن نیستند

اگر اقیانوسی از مواد مذاب وجود ندارد، پس «مواد مذاب»ی که از آتشفشان‌ها به شکل گدازه خارج می‌شوند، از کجا می‌آیند؟

قمر آتشفشانی آیو، به نظر نمی‌رسد که یک اقیانوس زیرسطحی از مواد مذاب داشته باشد، که این موضوع برخی ابهامات درباره چگونگی فوران آتشفشان‌های آیو را برطرف کرده و سوالات گسترده‌تری درباره وجود اقیانوس‌های مشابه در سایر قمرها و سیارات ایجاد می‌کند.

داده‌های مأموریت‌های قبلی باعث شد دانشمندان سیاره‌ای گمان کنند که شاید آیو، به جای داشتن pockets (حفره‌ها) از مواد مذاب، لایه‌ای به عمق ۵۰ کیلومتر (۳۱ مایل) از مواد مذاب داشته باشد: اقیانوسی سراسر قمر از سنگ مذاب. در دهه ۱۳۶۸، مأموریت گالیله ناسا اندازه‌گیری‌های القای مغناطیسی انجام داد که نشان می‌داد چنین لایه‌ای وجود دارد. همچنین، توزیع آتشفشان‌ها بر روی آیو که توسط مأموریت جونو ناسا نقشه‌برداری شده بود، به وجود اقیانوسی جهانی از مواد مذاب که گرما را در سراسر قمر پخش می‌کند، اشاره داشت.

اما اندازه‌گیری‌های جدید جونو، همراه با داده‌های آرشیوی از مأموریت گالیله، ظاهراً احتمال وجود اقیانوس مواد مذاب در زیر سطح آیو را رد می‌کند.

تقریباً ۴۰۰ آتشفشان در سطح قمر آیو فوران می‌کنند، و تقریباً تمام سطح این قمر با دشت‌های گدازه‌ای پوشیده شده است. گدازه فوران‌شده (سنگ مذابی که به سطح می‌رسد) از مناطقی از «مواد مذاب» در گوشته آیو منشأ می‌گیرد که pockets (حفره‌ها)‌یی از ماگما (سنگ مذاب که هنوز زیر زمین است) هستند و به سمت بالا حرکت می‌کنند.

انرژی لازم برای ذوب سنگ در گوشته آیو از گرمای ناشی از نیروهای جزر و مدی در میدان گرانشی مشتری تأمین می‌شود. آیو در مداری بیضوی به دور مشتری حرکت می‌کند و فاصله‌اش از این سیاره غول‌پیکر می‌تواند تا ۳۵۰۰ کیلومتر (۲۱۷۵ مایل) تغییر کند. این بدان معناست که نیروی گرانشی که آیو از مشتری حس می‌کند، در طول مدارش تغییر می‌کند، که باعث پیچ‌وتاب و فشرده‌شدن درون قمر می‌شود و انرژی به‌صورت گرما آزاد می‌شود.

علاوه بر این، نیروهای جزر و مدی مشابه اما ضعیف‌تر از سوی قمرهای همسایه یعنی اروپا، گانیمد و کالیستو نیز تأثیرگذار هستند. این نیروها مقدار زیادی انرژی جزر و مدی را به داخل آیو تزریق می‌کنند. اما آیا این انرژی کافی است تا لایه‌ای از گوشته به طور کامل ذوب شود؟

جونو که در سال ۱۳۹۴ به مشتری رسید، تاکنون بیش از ۶۰ بار به دور این سیاره چرخیده است. اما در چند سال اخیر، این کاوشگر به تدریج به قمرهای بزرگ گالیله‌ای نزدیک‌تر شده و پروازهایی نزدیک انجام داده است. در تاریخ‌های۹ دی ۱۴۰۲و ۱۴ بهمن ۱۴۰۲، جونو در فاصله ۱۵۰۰ کیلومتری (۹۳۰ مایلی) از آیو عبور کرد.

در این پروازهای نزدیک، گرانش آیو سیگنال‌های رادیویی ارسال‌شده از جونو به فضاپیما را مختل کرد. محققان به رهبری رایان پارک از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، با استفاده از این داده‌ها و داده‌های مأموریت گالیله، میدان گرانشی آیو را اندازه‌گیری کردند و بررسی کردند که چگونه این میدان هنگام فشرده‌شدن و کشیده‌شدن قمر توسط گرانش مشتری و قمرهای دیگر تغییر می‌کند.

اگر آیو اقیانوس زیرسطحی از مواد مذاب داشت، قمر در اثر گرانش مشتری به مقدار قابل توجهی تغییر شکل می‌داد. با این حال، اندازه‌گیری‌های داپلر نشان می‌دهند که آیو بسیار سخت و محکم است، که به این معناست که درون آن عمدتاً جامد است و اقیانوس مواد مذاب وجود ندارد.

اگر اقیانوسی از مواد مذاب وجود ندارد، پس مواد مذابی که از آتشفشان‌ها به شکل گدازه خارج می‌شوند، از کجا منشأ می‌گیرند؟ روی زمین، مواد مذاب توسط نیروهای تکتونیکی تولید می‌شوند. از آنجا که مواد مذاب چگالی کمتری دارند و در نتیجه از گوشته جامد اطراف شناورتر هستند، ماگما بالا می‌آید و از طریق آتشفشان‌ها بیرون می‌زند. اگرچه به نظر نمی‌رسد که آیو اقیانوس جهانی از مواد مذاب داشته باشد، اما باید pockets (حفره‌هایی) از ماگما وجود داشته باشند که بتوانند به سطح برسند و از آتشفشان‌ها فوران کنند.

می‌توان مقایسه‌هایی بین آیو و قمر زمین نیز انجام داد. در نگاه اول، این دو قمر چندان شبیه به هم به نظر نمی‌رسند — قمر زمین بی‌حاصل و غیرفعال است، در حالی که آیو پوشیده از آتشفشان است. با این حال، آیو فقط ۵ درصد از نظر قطر و چگالی بزرگ‌تر از قمر زمین است. علاوه بر این، در ۱۰۰ میلیون سال اول عمر قمر زمین، به دلیل تولد خشونت‌آمیز آن از بقایای یک برخورد عظیم با زمین جوان، اقیانوسی از مواد مذاب داشت. به تدریج، گرما از قمر زمین خارج شد و اقیانوس مواد مذاب جامد شد. تیم پارک استدلال می‌کند که گرمایش جزر و مدی به تنهایی برای ایجاد یک اقیانوس مواد مذاب کافی نیست — ایجاد چیزی مانند قمر زمین نیاز به رخداد دراماتیکی مانند تشکیل آن دارد.

این یافته‌ها پیامدهای گسترده‌تری برای سیارات فراخورشیدی نیز دارند. اخترشناسان بسیاری از سیارات فراخورشیدی را در مدارهایی بسیار نزدیک به کوچک‌ترین ستارگان، معروف به M-dwarf‌ها، پیدا کرده‌اند. این سیارات به دلیل نزدیکی به ستاره‌شان، تحت گرمایش جزر و مدی قرار می‌گیرند و اخترشناسان پیش‌تر گمان می‌کردند که ممکن است اقیانوس‌های جهانی از مواد مذاب داشته باشند. سیستم آیو-مشتری از نظر مقیاس شبیه به یک سیاره فراخورشیدی در مدار نزدیک به یک M-dwarf است، و اگر آیو آتشفشانی چنین اقیانوسی ندارد، شاید سیارات فراخورشیدی در مدارهای نزدیک به M-dwarf‌ها هم چنین ویژگی‌ای نداشته باشند.