- Caractéristiques générales d'Io
- Résumé des principales caractéristiques d'Io
- Composition
- Atmosphère
- L'atmosphère d'Io s'estompe et s'enflamme
- Mouvement de traduction
- Orbite d'Io et magnétosphère de Jupiter
- Mouvement rotatoire
- Structure interne
- Géologie d'Io
- D'où vient l'énergie d'Io?
- Références
Io fait partie des quatre satellites galiléens (Io, Europa, Ganymède, Callisto) ainsi nommés parce qu'ils ont été découverts en 1610 par Galileo Galilei avec un télescope rudimentaire qu'il a lui-même construit.
C'est le troisième plus grand des satellites galiléens et des 75 satellites Jupiter restants. Par ordre de rayon orbital, c'est le cinquième satellite et le premier des Galiléens. Son nom vient de la mythologie grecque, dans laquelle Io était l'une des nombreuses jeunes filles dont le dieu Zeus, également appelé Jupiter dans la mythologie romaine, est tombé amoureux.
Figure 1. Io fait partie des quatre satellites découverts par Galileo Galilei en 1610 et des quatre il est le plus proche de la planète. (wikimedia commons).
Io est un tiers du diamètre de la Terre et environ la taille de notre satellite la Lune. Comparé aux autres satellites du système solaire, Io se classe cinquième en taille, précédé par la Lune.
La surface d'Io a des chaînes de montagnes qui se détachent des vastes plaines. Aucun cratère d'impact n'est observé, ce qui indique qu'ils ont été effacés par leur grande activité géologique et volcanique, considérée comme la plus grande de toutes dans le système solaire. Ses volcans produisent des nuages de composés soufrés qui s'élèvent à 500 km au-dessus de sa surface.
Il y a des centaines de montagnes à sa surface, certaines plus hautes que le mont Everest, qui se sont formées en raison du volcanisme intense du satellite.
La découverte d'Io en 1610 et des autres satellites galiléens a changé la perspective de notre position dans l'univers, puisqu'à cette époque nous étions considérés comme le centre de tout.
En découvrant «d'autres mondes», comme Galilée appelait les satellites qui tournaient autour de Jupiter, l'idée, proposée par Copernic, que notre planète tournait autour du Soleil est devenue plus faisable et palpable.
Grâce à Io, la première mesure de la vitesse de la lumière fut faite par l'astronome danois Ole Christensen Rømer en 1676. Il se rendit compte que la durée de l'éclipse d'Io par Jupiter était de 22 minutes plus courte lorsque la Terre était plus proche de Jupiter que quand il était à son point le plus éloigné.
C'était le temps qu'il fallait à la lumière pour parcourir le diamètre orbital de la Terre, à partir de là, Rømer a estimé 225 000 km / s pour la vitesse de la lumière, soit 25% de moins que la valeur actuellement acceptée.
Caractéristiques générales d'Io
Au moment où la mission Voyager s'est approchée du système jovien, elle a trouvé huit volcans en éruption sur Io, et la mission Galileo, bien que incapable de se rapprocher trop du satellite, a produit des images d'excellente résolution des volcans. Pas moins de 100 volcans en éruption ont détecté cette sonde.
Figure 2. Surface d'Io montrant les vastes plaines et les volcans abondants, dans les vraies couleurs photographiées par la sonde Galileo. Source: NASA.
Les principales caractéristiques physiques d'Io sont:
-Son diamètre est de 3643,2 km.
-Masse: 8,94 x 10 22 kg.
-Densité moyenne 3,55 g / cm 3.
-Température de surface: (ºC): -143 à -168
-L'accélération de la pesanteur sur sa surface est de 1,81 m / s 2 ou 0,185g.
-Période de rotation: 1j 18h 27,6m
-Période de traduction: 1j 18h 27,6m
-Ambiance composée à 100% de dioxyde de soufre (SO2).
Résumé des principales caractéristiques d'Io
Composition
La caractéristique la plus remarquable d'Io est sa couleur jaune, qui est due au soufre déposé sur la surface essentiellement volcanique. Pour cette raison, bien que les impacts dus aux météorites que le géant Jupiter attire soient fréquents, ils s'effacent rapidement.
On pense que les basaltes sont abondants dans le satellite, comme toujours, colorés en jaune par le soufre.
Les silicates fondus abondent dans le manteau (voir ci-dessous pour plus de détails sur la structure interne), tandis que la croûte est composée de soufre et de dioxyde de soufre congelés.
Io est le satellite le plus dense du système solaire (3,53 g / cc) et est comparable aux planètes rocheuses. La roche silicatée du manteau entoure un noyau de sulfure de fer fondu.
Enfin, l'atmosphère d'Io est composée à presque 100% de dioxyde de soufre.
Atmosphère
Les analyses spectrales révèlent une fine atmosphère de dioxyde de soufre. Même si des centaines de volcans actifs crachent une tonne de gaz par seconde, le satellite ne peut pas les retenir en raison de la faible gravité et la vitesse de fuite du satellite n'est pas non plus très élevée.
De plus, les atomes ionisés qui quittent le voisinage d'Io sont piégés par le champ magnétique de Jupiter, formant une sorte de beignet sur son orbite. Ce sont ces ions de soufre qui donnent au minuscule satellite voisin Amalthea, dont l'orbite est inférieure à celle d'Io, la couleur rougeâtre.
La pression de l'atmosphère mince et mince est très basse et sa température est inférieure à -140 ° C.
La surface d'Io est hostile aux humains, en raison de ses basses températures, de son atmosphère toxique et de l'énorme rayonnement, puisque le satellite se trouve dans les ceintures de rayonnement de Jupiter.
L'atmosphère d'Io s'estompe et s'enflamme
En raison du mouvement orbital de Io, il y a un moment où le satellite cesse de recevoir la lumière du Soleil, puisque Jupiter l'éclipse. Cette période dure 2 heures et comme prévu, la température baisse.
En effet, lorsque Io fait face au Soleil, sa température est de -143 ºC, mais lorsqu'il est éclipsé par le gigantesque Jupiter, sa température peut chuter jusqu'à -168 ºC.
Pendant l'éclipse, la mince atmosphère du satellite se condense à la surface, formant de la glace de dioxyde de soufre et disparaît complètement.
Ensuite, lorsque l'éclipse cesse et que la température commence à monter, le dioxyde de soufre condensé s'évapore et la mince atmosphère d'Io revient. C'est la conclusion à laquelle est parvenue en 2016 une équipe de la NASA.
Ainsi, l'atmosphère de Io n'est pas formée par les gaz des volcans, mais par la sublimation de la glace à sa surface.
Mouvement de traduction
Io effectue une révolution complète autour de Jupiter en 1,7 jour terrestre, et chaque tour du satellite est éclipsé par sa planète hôte, pendant une durée de 2 heures.
En raison de l'énorme force de marée, l'orbite de Io devrait être circulaire, mais ce n'est pas le cas en raison de l'interaction avec les autres lunes galiléennes, avec lesquelles elles sont en résonance orbitale.
Quand Io a 4 ans, Europa a 2 ans et Ganymède 1. Le curieux phénomène peut être vu dans l'animation suivante:
Figure 3. Résonance orbitale d'Io et de ses satellites frères: Ganymède et Europa. Source: Wikimedia Commons.
Cette interaction amène l'orbite du satellite à avoir une certaine excentricité, calculée à 0,0041.
Le plus petit rayon orbital (périastrum ou périhélie) de Io est de 420 000 km, tandis que le plus grand rayon orbital (apoaster ou aphélion) est de 423 400 km, soit un rayon orbital moyen de 421 600 km.
Le plan orbital est incliné par rapport au plan orbital de la Terre de 0,040 °.
Io est considéré comme le satellite le plus proche de Jupiter, mais en réalité, il y a quatre autres satellites sous son orbite, bien qu'extrêmement petits.
En fait, Io est 23 fois plus grand que le plus gros de ces petits satellites, qui sont probablement des météorites piégées dans la gravité de Jupiter.
Les noms des minuscules lunes, par ordre de proximité avec leur planète hôte, sont: Metis, Adrastea, Amalthea et Thebe.
Après l'orbite d'Io, le prochain satellite est un satellite galiléen: Europa.
En dépit d'être très proche d'Io, l'Europe est complètement différente dans sa composition et sa structure. On pense que c'est le cas parce que cette petite différence dans le rayon orbital (249 000 km) réduit considérablement la force de marée sur Europe.
Orbite d'Io et magnétosphère de Jupiter
Les volcans sur Io soufflent dans l'espace des atomes de soufre ionisés qui sont piégés par le champ magnétique de Jupiter, formant un anneau de conducteur de plasma qui correspond à l'orbite du satellite.
C'est le champ magnétique de Jupiter qui transporte le matériau ionisé de la mince atmosphère d'Io.
Le phénomène crée un courant de 3 millions d'ampères qui intensifie le champ magnétique déjà puissant de Jupiter à plus du double de la valeur qu'il aurait s'il n'y avait pas d'Io.
Mouvement rotatoire
La période de rotation autour de son propre axe coïncide avec la période orbitale du satellite, qui est causée par la force de marée que Jupiter exerce sur Io, sa valeur étant de 1 jour, 18 heures et 27,6 secondes.
L'inclinaison de l'axe de rotation est négligeable.
Structure interne
Sa densité moyenne étant de 3,5 g / cm 3, on en conclut que la structure intérieure du satellite est rocheuse. L'analyse spectrale d'Io ne révèle pas la présence d'eau, donc l'existence de glace est peu probable.
Selon les calculs basés sur les données collectées, le satellite aurait un petit noyau de fer ou de fer mélangé à du soufre.
Il est suivi d'un manteau rocheux profond et partiellement fondu et d'une fine croûte rocheuse.
La surface présente les couleurs d'une pizza mal faite: rouge, jaune pâle, marron et orange.
On pensait à l'origine que la croûte était du soufre, mais des mesures infrarouges révèlent que les volcans font éruption de lave à 1500 ° C, indiquant qu'il n'est pas seulement composé de soufre (qui bout à 550 ° C), il y a aussi de la roche fondue.
Une autre preuve de la présence de roches est l'existence de certaines montagnes dont les hauteurs font double emploi avec le mont Everest. Le soufre seul n'aurait pas la force d'expliquer ces formations.
La structure interne d'Io selon les modèles théoriques est résumée dans l'illustration suivante:
Figure 4. Structure d'Io. Source: Wikimedia Commons.
Géologie d'Io
L'activité géologique d'une planète ou d'un satellite est entraînée par la chaleur de son intérieur. Et le meilleur exemple est Io, le plus profond des plus grands satellites de Jupiter.
L'énorme masse de sa planète hôte est un grand attracteur pour les météorites, comme celui dont s'est souvenu Shoemaker-Levy 9 en 1994, cependant Io ne montre pas de cratères d'impact et la raison en est que l'intense activité volcanique les efface.
Io a plus de 150 volcans actifs qui crachent suffisamment de cendres pour enterrer les cratères d'impact. Le volcanisme d'Io est beaucoup plus intense que celui de la Terre et est le plus important de tout le système solaire.
Ce qui renforce les éruptions des volcans d'Io, c'est le soufre dissous dans le magma, qui lorsqu'il libère sa pression entraîne le magma, projetant des cendres et du gaz jusqu'à 500 m de haut.
Les cendres retournent à la surface du satellite, produisant des couches de débris autour des volcans.
Des zones blanchâtres sont observées à la surface d'Io en raison du dioxyde de soufre gelé. Dans les crevasses des failles, la lave fondue coule et explose vers le haut.
Figure 5. Séquence prise par la sonde New Horizons, montrant un volcan en éruption à la surface d'Io. Source: NASA.
D'où vient l'énergie d'Io?
Avec Io étant un peu plus grand que la Lune, qui est froide et géologiquement morte, on se demande d'où vient l'énergie de ce petit satellite jovien.
Ce ne peut pas être la chaleur de formation restante, car Io n'est pas assez grand pour le retenir. Ce n'est pas non plus la désintégration radioactive de son intérieur, car en fait l'énergie dissipée par ses volcans triple facilement la chaleur de rayonnement qu'émane un corps d'une telle taille.
La source d'énergie d'Io est la force de marée, due à l'immense gravité de Jupiter et à sa proximité avec elle.
Cette force est si grande que la surface du satellite monte et descend de 100 m. Le frottement entre les roches est ce qui produit cette chaleur énorme, certainement beaucoup plus grande que celle des forces de marée terrestres, qui déplacent à peine la surface solide des continents de quelques centimètres.
L'énorme friction causée par la gigantesque force de marée sur Io provoque la génération de suffisamment de chaleur pour faire fondre les couches profondes. Le dioxyde de soufre se vaporise, générant une pression suffisante pour que le magma rejeté par les volcans se refroidisse et recouvre la surface.
L'effet de marée diminue avec le cube de la distance au centre d'attraction, donc cet effet est moins important dans les satellites plus éloignés de Jupiter, où la géologie est dominée par les impacts de météorites.
Références
- 20 minutes. (2016) L'observation d'une éclipse à Io révèle ses secrets. Récupéré de: 20minutos.es
- Kutner, M. (2010) Astronomie: une perspective physique. La presse de l'Universite de Cambridge.
- Seeds et Backman. (2011) Le système solaire. Apprentissage Cengage.
- Wikipédia. Io (satellite). Récupéré de: es. wikipedia.com
- Wikipédia. Satellites Jupiter. Récupéré de: es. wikipedia.com
- Wikipédia. Satellite galiléen. Récupéré de: wikipedia.com