Nowe zdjęcia usianego wulkanami księżyca Jowisza Io, wykonane przez Wielki Teleskop Lornetkowy na górze Graham w Arizonie, oferują najwyższą rozdzielczość Io, jaką kiedykolwiek osiągnięto za pomocą instrumentu naziemnego. Obserwacje były możliwe dzięki nowemu instrumentowi do obrazowania optycznego o wysokim kontraście, nazwany SHARK-VIS, oraz systemowi optyki adaptacyjnej teleskopu, który kompensuje rozmycie spowodowane turbulencjami atmosferycznymi.
Zdjęcia, które zostaną opublikowane w czasopiśmie Geophysical Research Letters, ujawniają cechy powierzchni o średnicy zaledwie 50 mil, co do tej pory było możliwe do osiągnięcia jedynie za pomocą statku kosmicznego wysłanego na Jowisza. Zdaniem zespołu badawczego jest to równoznaczne ze zrobieniem zdjęcia obiektu wielkości dziesięciocentówki z odległości 160 km. Projekt SHARK-VIS umożliwił naukowcom zidentyfikowanie ważnego zjawiska wynurzania się wokół Pele, jednego z najważniejszych wulkanów na Io. Według pierwszego autora artykułu, Ala Conrada, erupcje na Io, najbardziej aktywnym wulkanicznie ciele w Układzie Słonecznym, przyćmiewają erupcje na Ziemi.
„Io stanowi zatem wyjątkową okazję do poznania potężnych erupcji, które pomogły ukształtować powierzchnie Ziemi i Księżyca w ich odległej przeszłości” – powiedział Conrad, współpracownik naukowy w Obserwatorium Wielkiego Teleskopu Lornetkowego. Large Binocular Telescope, w skrócie LBT, jest częścią Międzynarodowego Obserwatorium Mount Graham, oddziału Obserwatorium Stewarda na Uniwersytecie Arizony.
Conrad dodał, że badania takie jak to pomogą badaczom zrozumieć, dlaczego niektóre światy w Układzie Słonecznym są wulkaniczne, a inne nie. Któregoś dnia mogą także rzucić światło na światy wulkaniczne w układach egzoplanet wokół pobliskich gwiazd.
Nieco większy od księżyca Ziemi, Io jest najbardziej wewnętrznym z księżyców galilejskich Jowisza, do których oprócz Io należą Europa, Ganimedes i Kallisto. Uwięziony w grawitacyjnym „przeciąganiu liny” pomiędzy Jowiszem, Europą i Ganimedesem, Io jest nieustannie ściskany, co prowadzi do gromadzenia się ciepła w jego wnętrzu w wyniku tarcia – co uważa się za przyczynę ciągłej i powszechnej aktywności wulkanicznej.
Księżyc Jowisza Io, sfotografowany przez SHARK-VIS 10 stycznia 2024 r. Jest to zdjęcie Io o najwyższej rozdzielczości, jakie kiedykolwiek uzyskano przez teleskop naziemny. Zdjęcie łączy trzy pasma widmowe – podczerwone, czerwone i żółte – aby podkreślić czerwonawy pierścień wokół wulkanu Pele (poniżej i na prawo od środka Księżyca) oraz biały pierścień wokół Pillan Patera, na prawo od Pele.
Monitorując erupcje na powierzchni Io, naukowcy mają nadzieję uzyskać wgląd w napędzany ciepłem ruch materii pod powierzchnią Księżyca, jego wewnętrzną strukturę i ostatecznie mechanizm ogrzewania pływowego odpowiedzialny za intensywny wulkanizm Io.
Aktywność wulkaniczną Io po raz pierwszy odkryto w 1979 r., kiedy Linda Morabito, inżynier pracująca w ramach misji NASA Voyager, zauważyła pióropusz erupcji na jednym ze zdjęć wykonanych przez sondę podczas słynnej „Wielkiej podróży” po planetach zewnętrznych. Od tego czasu przeprowadzono niezliczone obserwacje, które dokumentują niespokojną naturę Io, zarówno za pomocą teleskopów kosmicznych, jak i ziemskich.
Współautorka badania, Ashley Davies, główny naukowiec w Jet Propulsion Laboratory NASA, stwierdziła, że nowe zdjęcie wykonane przez SHARK-VIS jest tak bogate w szczegóły, że pozwoliło zespołowi zidentyfikować główne zdarzenie wynurzenia się na powierzchnię, podczas którego pióropusz osadza się wokół widocznego wulkan znany jako Pele, położony na południowej półkuli Io, w pobliżu równika, jest pokryty osadami po erupcji sąsiedniego wulkanu Pillan Patera. Podobną sekwencję erupcji zaobserwowała należąca do NASA sonda kosmiczna Galileo, która badała układ Jowisza w latach 1995–2003.
„Interpretujemy zmiany jako ciemne osady lawy i białe osady dwutlenku siarki powstałe w wyniku erupcji w Pillan Patera, które częściowo pokrywają czerwone, bogate w siarkę złoża pióropuszy Pele” – powiedział Davies. „Przed SHARK-VIS takich wydarzeń nie dało się zaobserwować z Ziemi”.
Chociaż obrazy teleskopu w podczerwieni mogą wykryć gorące punkty spowodowane trwającymi erupcjami wulkanów, nie są one wystarczająco ostre, aby ujawnić szczegóły powierzchni i jednoznacznie zidentyfikować miejsca erupcji, wyjaśnił współautor Imke de Pater, emerytowany profesor astronomii na Uniwersytecie im. Kalifornia – Berkeley.
„Ostrzejsze obrazy w zakresie fal widzialnych, takie jak te dostarczone przez SHARK-VIS i LBT, są niezbędne do zidentyfikowania zarówno lokalizacji erupcji, jak i zmian powierzchniowych niewykrywalnych w podczerwieni, takich jak nowe osady smug” – powiedział de Pater, dodając, że obserwacje w świetle widzialnym dostarczają naukowcom z istotnym kontekstem dla interpretacji obserwacji w podczerwieni, w tym ze statku kosmicznego takiego jak Juno, który obecnie krąży wokół Jowisza.
SHARK-VIS został zbudowany przez Włoski Narodowy Instytut Astrofizyki w Obserwatorium Astronomicznym w Rzymie i jest zarządzany przez zespół kierowany przez głównego badacza Fernando Pedichiniego, któremu pomaga kierownik projektu Roberto Piazzesi. W 2023 roku został zainstalowany wraz z uzupełniającym instrumentem bliskiej podczerwieni SHARK-NIR w LBT, aby w pełni wykorzystać wyjątkowy system optyki adaptacyjnej teleskopu. W instrumencie znajduje się szybka kamera o bardzo niskim poziomie szumów, która umożliwia obserwację nieba w trybie „szybkiego obrazowania”, przechwytywanie materiału filmowego w zwolnionym tempie, który zamraża zniekształcenia optyczne spowodowane turbulencjami atmosferycznymi, a także przetwarzanie danych w niespotykany dotychczas sposób ostrość.
Gianluca Li Causi, kierownik ds. przetwarzania danych w SHARK-VIS we Włoskim Narodowym Instytucie Astrofizyki, wyjaśnił, jak to działa: „Przetwarzamy dane na komputerze, aby usunąć wszelkie ślady elektronicznego śladu czujnika. Następnie wybieramy najlepsze klatki i łączymy przy użyciu wysoce wydajnego pakietu oprogramowania o nazwie Kraken, opracowanego przez naszych kolegów Douglasa Hope'a i Stuarta Jefferiesa z Georgia State University. Kraken pozwala nam usunąć efekty atmosferyczne, ukazując Io z niewiarygodną ostrością.
Naukowiec zajmujący się instrumentem SHARK-VIS, Simone Antoniucci, powiedział, że spodziewa się nowych obserwacji obiektów w całym Układzie Słonecznym.
„Dokładna wizja SHARK-VIS szczególnie nadaje się do obserwacji powierzchni wielu ciał Układu Słonecznego, nie tylko księżyców planet-olbrzymów, ale także asteroid” – powiedział. „Niektóre z nich już zaobserwowaliśmy na podstawie obecnie analizowanych danych i planujemy obserwować więcej”.