ירח צדק Io, שצולם על ידי SHARK-VIS ב-10 בינואר 2024. זוהי התמונה ברזולוציה הגבוהה ביותר של Io שהושגה אי פעם על ידי טלסקופ מבוסס כדור הארץ. התמונה משלבת שלוש פסים ספקטרליים – אינפרא אדום, אדום וצהוב – כדי להדגיש את הטבעת האדמדמה מסביב להר הגעש פלה (מתחת ומימין למרכז הירח) והטבעת הלבנה סביב פילאן פטרה, מימין לפלה. קרדיט: INAF/מצפה הכוכבים המשקפיים הגדול/אוניברסיטת ג'ורג'יה סטייט; תצפיות IRV-band מאת SHARK-VIS/F. פדיצ'יני; עיבוד על ידי D. Hope, S. Jefferies, G. Li Causi
טכנולוגיית הדמיה מתקדמת תפסה תמונות ברורות ללא תקדים של צדקהירח של Io, חושף מאפיינים געשיים מפורטים ואפשר להרחיב את ההבנה שלנו לגבי פעילות וולקנית מחוץ לכדור הארץ.
מאז 1979, כשירח צדק איו התגלה כסובל מהרי געש, אסטרונומים וחוקרי געש היו נרגשים ממה שהלוויין האדמדם יכול לספר לנו על התפתחות המערכת הג'וביאנית ועל ההיסטוריה הגעשית המוקדמת של כדור הארץ. עם זאת, מחקרים על התפרצויות וזרמי לבה ב-Io נפגעו על ידי תמונות מטושטשות מטלסקופים הקשורים לכדור הארץ ומטלסקופים נישאים בחלל ומעט מדי תקריבים של חלליות עפות.
מצלמה חדה חדשה שהותקנה לאחרונה על טלסקופ באריזונה יכולה לתקן זאת.
הדמיה פורצת דרך מכדור הארץ
צוות של אסטרונומים ומהנדסים יפרסם השבוע בכתב העת מכתבי מחקר גיאופיזיים התמונות האופטיות ברזולוציה הגבוהה ביותר של Io שצולמו אי פעם מכדור הארץ – תמונות חדות מספיק כדי להבחין בהרי געש כל כך קרובים זה לזה עד שהפסולת מההתפרצויות שלהם חופפת.
התמונות שצולמו על ידי הטלסקופ המשקפת הגדול (LBT) בהר גרהם באריזונה, התאפשרו על ידי מכשיר הדמיה אופטי חדש בעל ניגודיות גבוהה, המכונה SHARK-VIS, ומערכת האופטיקה האדפטיבית של הטלסקופ, המפצה על הטשטוש הנגרם על ידי אטמוספירה. מְעַרבּוֹלֶת.
חתך דרך הקרום של איו המתאר את ההבנה הנוכחית של המדענים לגבי התהליכים הגיאולוגיים והכימיים המפסלים את פני השטח ומייצרים את האטמוספירה של הירח. בצד שמאל יש פלומה וטבעת אדומה של גופרית בדומה לזו שנוצרה מאגם הלבה פלה. תקלות בליתוספירה הקרה ברובה פועלים כמסלולים של מאגמה סיליקט עשירה בגופרית להגיע לפני השטח. חלקו הפנימי של איו מחומם על ידי חיכוך הנגרם על ידי משיכות כבידה מצדק ומשניים מירחיו, אירופה וגנימד, היוצרים מאגמה מותכת. קרדיט: de Pater et al., 2021, Annual Reviews, מבוסס על דמות של דאג בקנר, ג'יימס טאטל קין, אשלי דייויס
התמונות חושפות תכונות פני שטח קטנות כמו 50 מייל לרוחב, רזולוציה מרחבית שעד כה הייתה ניתנת להשגה רק עם חלליות שנשלחו לצדק, כמו שתי חלליות וויאג'ר ב-1979, משימת גלילאו, שהסתיימה ב-2003, ו-Juno, אשר מקיף את צדק מאז 2016. הרזולוציה מקבילה לצילום של עצם בגודל אגורה ממרחק של 100 קילומטרים, על פי צוות המחקר. התמונות טובות פי שניים עד שלוש ממה שניתן היה להשיג דרך טלסקופ החלל האבל.
"תמונות האור הגלוי הן באמת מדהימות", אמר אימקה דה פאטר, פרופסור אמריטה לאסטרונומיה ולמדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת במכון אוניברסיטת קליפורניה, ברקלישעזר לפרש את התמונות עם אשלי דייויס, מדענית ראשית ב נאס"אהמעבדה להנעת סילון בפסדינה, קליפורניה, וקתרין דה קליר, פרופסור עוזרת במכון הטכנולוגי של קליפורניה.
תובנות מהדמיה מתקדמת
דה פאטר צופה באיו במשך עשרות שנים, בעיקר באמצעות טלסקופים אינפרא אדום קרקעיים, כגון מצפה הכוכבים קק ומצפה הכוכבים ג'מיני בהוואי, וטלסקופי רדיו כמו Atacama Large (sub) Millimeter Array (אלמא) בצ'ילה. תצפיות אינפרא אדום לוכדות תכונות חמות, כגון זרמי לבה, אך הן מטבען ברזולוציה נמוכה יותר. לאחרונה היא ניתחה תמונות אינפרא אדום ממצפה הכוכבים החדש ביותר של נאס"א, ה טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST).
"עם קק וג'מיני, הכל באינפרא אדום," היא אמרה. "למרות שאנו רואים כמה מאפיינים פני השטח, כאשר אתה מצלם את הלוויין באור נראה, אתה באמת יכול לראות תמונות דומות למה שהשיגו וויאג'ר וגלילאו. עם תמונות האור הנראה האלה, אתה יכול להסתכל על הנופים והטופוגרפיה."
הטלסקופ המשקפת הגדול באריזונה. מכשיר ה-LBTI משלב אור אינפרא אדום משתי המראות באורך 8.4 מ' לצילום כוכבי לכת ודיסקים סביב כוכבים צעירים וסמוכים. קרדיט: D. Steele, מצפה הכוכבים המשקפיים הגדולים
תקוותה היא לשלב תמונות אופטיות מה-LBT עם תצפיות אינפרא-אדום כדי לתאם מאגמה לוהטת זוהרת עם מאפיינים גלויים, כגון זרמי לבה ומרבצים צבעוניים שנוצרו מנשורת מנומרות געשיות.
"אני מקווה שנוכל לבצע תצפיות בו-זמנית בשלב מסוים באינפרא אדום ונראה לראות את המאגמה החמה ואז את ההשפעה של זה על פני השטח", אמרה. "תמונות חדות יותר באורכי גל גלויים כמו אלה שמסופקים על ידי SHARK-VIS ו-LBT חיוניים כדי לזהות הן מיקומי התפרצויות והן שינויים פני השטח שאינם ניתנים לזיהוי באינפרא אדום, כמו מרבצי פלומה חדשים."
פלה ופילאן פאטרה, הרי געש דו-קרב
לדברי המחבר הראשון של המאמר, אל קונרד, מדען חבר במצפה הטלסקופ המשקפת הגדול, ההתפרצויות באיו – הגוף הפעיל ביותר מבחינה געשית במערכת השמש – מגמדות את בני דורן על פני כדור הארץ. מחקרים כמו זה יסייעו לחוקרים להבין מדוע עולמות מסוימים במערכת השמש הם געשיים, אך לא אחרים, הוא אמר, וייתכן שיום אחד ישפוך אור על עולמות געשיים ב אקסופלנט מערכות סביב כוכבים סמוכים.
"איו, לפיכך, מהווה הזדמנות ייחודית ללמוד על ההתפרצויות האדירות שעזרו לעצב את פני השטח של כדור הארץ והירח בעברם הרחוק", אמר קונרד.
תמונה גולמית של Io שנתפסה על ידי חללית Juno כשהיא טסה על ידי הירח ב-9 באפריל 2024, הסתובבה כך ש-Io צפון למעלה. נראה שהטבעת האדמדמה סביב פלה בקצה הימני התחתון הושלמה לאחר שהוסתרה חלקית על ידי דו חמצני גופרית קפוא לבן מפילאן פאטרה בינואר 2024. בזמן שצולמה תמונה זו, ג'ונו הייתה כ-10,250 מייל (16,500 ק"מ) מעל פני השטח של Io. קרדיט: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
קצת יותר גדול מירח כדור הארץ, Io הוא הפנימי ביותר מבין הירחים הגליליים של צדק, אשר בנוסף לאי כוללים את אירופה, גנימד וקליסטו. נעול ב"משיכת מלחמה" כבידתית בין צדק, אירופה וגנימד, איו נלחץ כל הזמן, מה שמוביל להצטברות חום חיכוך בפנים שלו – על פי האמונה הוא הגורם לפעילות געשית מתמשכת ונרחבת שלו.
על ידי ניטור ההתפרצויות על פני השטח של איו, מדענים מקווים לקבל תובנות לגבי התנועה המונעת בחום של חומר מתחת לפני הירח, המבנה הפנימי שלו, ובסופו של דבר, על מנגנון החימום הגאות והשפל האחראי לוולקניות האינטנסיבית של איו.
תצפיות מפורטות על אינטראקציות געשיות
דייויס אמר שהתמונה החדשה שצולמה על ידי SHARK-VIS כל כך עשירה בפרטים שהיא אפשרה לצוות לזהות אירוע התחדשות גדול שבו משקע הפלימה סביב הר געש בולט הידוע בשם פלה, הממוקם בחצי כדור הארץ הדרומי של איו קרוב לקו המשווה , מכוסה על ידי מרבצי התפרצות מפילאן פאטרה, הר געש שכן. רצף התפרצות דומה נצפה על ידי חללית גלילאו של נאס"א, שחקרה את מערכת צדק בין השנים 1995 ו-2003.
"אנו מפרשים את השינויים כמרבצי לבה כהים ומרבצי דו-תחמוצת גופרית לבנים שמקורם בהתפרצות בפילאן פטרה המכסה חלקית את מרבצי הפלום האדום ועתיר הגופרית של פלה", אמר דייוויס. "לפני SHARK-VIS, אי אפשר היה לצפות באירועי התחדשות כאלה מכדור הארץ."
לפי דה פאטר, נראה כי פלה מתפרץ ברציפות, ושולח פלומות של גזים געשיים כ-300 קילומטרים מעל פני איו – גבוהים מספיק כדי להצטלם על ידי וויאג'ר, גלילאו והאבל. הגזים בנוצה, היוצאים מאגם לבה, קופאים ומתיישבים על פני השטח כטבעת בולטת, רחבה, אדמדמה ועשירה בגופרית.
לעומת זאת, נראה כי Pillan Patera מתפרץ באופן אפיזודי, ומשאיר לבה ממוקמת מוקפת בטבעת לבנה של דו תחמוצת גופרית קפואה (SO2). התמונות החדשות מציגות את המרבצים הלבנים המסתירים את המרבצים האדמדמים של פלה, אם כי ככל הנראה לתקופה קצרה בלבד. תמונות של איו שצולמו על ידי ג'ונו באפריל הראו טבעת כתומה כמעט מלאה, עם אולי רמז לאדום חיוור יותר במקום שבו היו משקעיו של פילן.
"זו סוג של תחרות בין התפרצות פילאן להתפרצות פלה, כמה וכמה מהר כל אחד מפקיד", אמרה. "ברגע שפילאן יפסיק לחלוטין, הוא יתכסה שוב על ידי המרבצים האדומים של פלה".
סיכויים עתידיים עם SHARK-VIS
SHARK-VIS נבנה על ידי המכון הלאומי האיטלקי לאסטרופיזיקה במצפה הכוכבים האסטרונומי ברומא ומנוהל על ידי צוות בראשות החוקר הראשי פרננדו פדיצ'יני, בסיוע מנהל הפרויקט רוברטו פיאצ'סי. בשנת 2023, הוא הותקן ב-LBT, יחד עם המכשיר המשלים שלו כמעט אינפרא אדום SHARK-NIR, כדי לנצל באופן מלא את מערכת האופטיקה האדפטיבית המצטיינת של הטלסקופ. המכשיר מכיל מצלמה מהירה עם רעש נמוך במיוחד המאפשרת לו לצפות בשמיים במצב "הדמיה מהירה", ללכוד צילומים בהילוך איטי המקפיא את העיוותים האופטיים הנגרמים מערבולת אטמוספירה, ולעבד נתונים לאחר מכן לחדות חסרת תקדים .
מדען המכשירים של SHARK-VIS, סימון אנטוניוצ'י, אמר שהוא צופה תצפיות חדשות שיבוצעו על עצמים ברחבי מערכת השמש.
"הראייה החדה של SHARK-VIS מתאימה במיוחד לתצפית על פני השטח של גופים רבים במערכת השמש – לא רק ירחים של כוכבי לכת ענקיים, אלא גם אסטרואידים", אמר. "כבר צפינו בכמה מהם, כשהנתונים נמצאים כעת בניתוח, ומתכננים לצפות בעוד."
למידע נוסף על מחקר זה, ראה את המשטחים הוולקניים של Io שנחשפו על ידי טכנולוגיית טלסקופ חדשה.
ה-LBT הוא חלק ממצפה הכוכבים הבינלאומי מאונט גרהם, חטיבה של מצפה הכוכבים של אוניברסיטת אריזונה.
