導入
木星の衛星の 1 つであるイオの火山活動は、主に 3 種類の噴火を引き起こします。火山の穴 (パテラと呼ばれる) から来る可能性があり、特定の玄武岩質の溶岩流は数十キロメートル、時には数百キロメートルにわたって流れます。これらは、ハワイのキラウエアなどの楯状火山からの陸生溶岩に似ています。 2 番目のタイプの噴火は、 1,600 K ( 1,327 °C ) までの特に高温で超苦鉄質ケイ酸塩から形成されます。 3 番目のタイプの噴火では、硫黄、二酸化硫黄、および火砕物の化合物が最大500 キロメートル離れたところまで噴き出します。これらの噴出物は、巨大な傘の形をした噴煙を生成します。それらは周囲の地形を赤、黒、白に染める物質を提供し、まばらな表面大気を形成し、 木星の広大な磁気圏に参加します。
この重大な火山活動は、ボイジャー 1 号の科学画像機器によって 1979 年に発見されました。地球からであれ、宇宙探査機の飛行中であれ、さまざまな観測によって150 以上の活火山の位置が確認され、その活動によって引き起こされる数多くの地表の変化を観察することが可能になりました。実際、今日まだ十分に知られていない地域の範囲を考慮すると、最大400 個の活火山が地表を覆う可能性があります。イオは、活発な火山活動が証明されている太陽系の珍しい星の1つで、他の4つは地球、衛星エンケラドゥス、衛星トリトン、金星です。
この火山活動は、巨大な木星の近くにあるガリレオ衛星の離心軌道によって発生する巨大な潮汐力によって引き起こされます。これらの潮汐はマントルの大幅な圧縮と膨張を引き起こし、内部摩擦による加熱を引き起こします。このように、この火山活動は、主に放射性同位体の崩壊によって起こる地球上で知られている火山活動とは異なります。潮圧がなければ、イオは月に似た、同じ大きさと質量の世界、地質学的に死滅し、多数の衝突クレーターで覆われていたであろう。それどころか、激しい火山活動により、溶岩で覆われた広大な地域が形成され、この衛星は太陽系で最も地質学的に活動的な天体となった。
発見
1979 年 3 月 5 日にボイジャー 1 号がイオの軌道を通過するまで、この衛星は月と同様に死んだ世界であると考えられていました。イオを覆うナトリウム雲の発見は、最初は蒸発物で構成された表面の痕跡として解釈されました。
最初の発見は地球からのもので、1970年代に行われた赤外線観測に基づいており、イオが完全に木星の影にあるときに赤外線で10μmの波長で行われた測定中に、異常に高い熱流束が発見された。 。当時、この熱流は、最初の仮説として、エウロパやガニメデよりも大きな熱慣性を持つに違いない地表に起因すると考えられていました。この仮説は、 20 μmの波長で得られた測定に基づいて反駁されます。これらの測定結果は、イオが他のガリレオ衛星と同様の表面特性を持っていることを確かに示唆しています。その後、より短い波長でのこのより高い光束は、イオの火山から放出される熱と太陽の屈折に起因することが示されています。この同じ屈折により、より長い波長の赤外線束のより大きな部分が提供されます。 1978 年 2 月 20 日に、ウィッテボルン率いるチームによって、 5 μmでのイオの熱放射の大幅な増加が観察されました。天文学者チームは火山活動の可能性を検討しており、その場合、 8,000平方キロメートルの面積にわたって600K （ 327℃ ）までの温度上昇を引き起こす流れとなる。しかし当時、著者らはこの仮説の可能性は低いと考え、木星の磁気圏と相互作用するイオからの放出に焦点を当てて説明を行った。
ボイジャー 1 号が通過する少し前に、スタン・ピール、パトリック・カッセン、RT レイノルズはサイエンス誌に記事を発表しました。この記事は、当時地球から観測された高温は火山の表面によって説明できることを証明しています。彼らは、イオが均質な混合物ではなく、異なる種類の岩石を備えた差別化された内部構造を持つというモデルを提示しています。彼らの計算仮説は、木星がそこに及ぼす可変引力によって生成される膨大な量の熱を考慮した衛星の内部モデルに基づいています。この差異は、軌道がわずかに偏心していることによって引き起こされます。数学的予測によれば、均質な物質で構成されたマントル上の潮汐力によって生成される熱は、放射性同位体のみの崩壊によって生じる熱量よりも 3 倍多くの熱量が生成されることが証明されています。彼らはまた、分化した内部構造の仮説の下では、この重力加熱効果がさらに重要であることを証明しています。
ボイジャー 1 号がイオを撮影した最初の画像では、特に隕石衝突クレーターがない、非常に若い表面の特徴が明らかになりました。実際、このタイプのクレーターの数は、地質学者によって惑星表面の年齢を推定するために使用されます。衝突構造の数が多いほど、惑星表面は古いことになります。その代わりに、ボイジャー1号は、衝突クレーターの特徴である隆起したエッジを欠いた、不規則な形のくぼみが交差する多色の表面を観察した。この探査機はまた、低粘度の流体によって形成される特徴的な痕跡や、地上の火山には似ていない孤立した高山も観察します。地表観察は、ピール氏と彼のチームの理論と一致して、イオが激しい火山活動によって大きく再形成されていることを示唆しています。
木星を通過してから 3日後の 1979 年 3 月 8 日、ボイジャー 1 号は、管制官が探査機の正確な位置を特定できるように、木星の衛星の写真を撮影しました。このプロセスは「光学ナビゲーション」と呼ばれます。ナビゲーションエンジニアのリンダ・モラビトは、背景の星の視認性を向上させるためにイオからの画像を処理しているときに、高さ300 キロメートルの長い噴煙を強調表示します。最初、彼女はこの雲がイオの後ろにある月ではないかと疑ったが、適切な大きさの天体がその場所を占拠することはできなかった。この物体は、後に「ペレ」と名付けられた暗い窪地の活発な火山活動によって発生した噴煙でした。この発見に続いて、ボイジャー 1によって撮影されたイオの以前の画像で、他の 7 つのプルームが確認されました。溶岩の冷却を示す複数の発生源からの熱放出も見つかっています。ボイジャー 2 号で取得した画像を 4か月前にボイジャー 1 号で取得した画像と比較すると、アテンとシルテの膝蓋骨からの新しいプルームの堆積を含む表面の変化が観察されます。