Ио — ближайший к Юпитеру из галилеевых спутников. Орбита спутника вытянутая, из-за чего расстояние до планеты колеблется в диапазоне до 3500 километров. Это приводит к заметному влиянию приливных сил, возникающих за счет гравитационного поля Юпитера, которые вызывают деформацию недр Ио и их разогрев. В результате Ио стал самым вулканически активным объектом в Солнечной системе, на поверхности которого находятся несколько сотен действующих очагов извержений.

Предполагается, что вулканизм на Ио указывает на то, что часть его недр находится в расплавленном состоянии, таким образом, возможно существование неглубокого (в пределах пятидесяти километров глубины) глобального океана магмы, на существование которое вначале указывали данные зонда «Галилео», а затем и станции «Юнона». Однако возможно, что образующийся расплав не концентрируется в виде океана, а сразу извергается, а внутренняя часть Ио в основном находится в твердом состоянии, обладая потенциально жидким ядром.

Группа планетологов во главе с Райаном Парком (Ryan Park) из Калифорнийского технологического института решила разобраться в возможности наличия магматического океана на Ио. Они сравнивали данные по картированию гравитационного поля Ио, полученные в ходе близких пролетов мимо спутника станции «Юнона» 30 декабря 2023 года и 3 февраля 2024 года, в ходе которых аппарат выступал как пробное тело, подвергавшееся гравитационным возмущениям, что отражалось во времени прихода радиосигналов на Землю.

Наличие магматического океана внутри Ио будет влиять на доступный измерениям приливный отклик, который заключается в вязкоупругой реакции объекта на гравитационное влияние со стороны другого тела. В случае Ио его можно описать комплексным числом Лява k2, которое учитывает как отношение потенциалов, индуцированного на Ио за счет деформации и перераспределения массы, и Юпитера, порождающего эти деформации, так и объем генерации тепла недрами за счет приливных сил. Однако если вторую часть удавалось независимо оценить, то с первой были проблемы. Если на Ио есть магматический океан, то приливный отклик будет большим, если нет — небольшим.

Сравнение данных «Юноны» с двумя моделями внутреннего строения Ио показало, что наличие глобального океана в пределах глубины до пятидесяти километров не может соответствовать данным наблюдений, как и более толстая и вязкоупругая верхняя мантия, толщиной 250 километров. Однако если мантия будет иметь толщину около пятисот километров, то это будет вписываться в данные наблюдений за Ио, что также подтверждается результатами моделирований внутренней структуры спутника методом Монте-Карло.

Предполагается, что если на Ио существует глубокий магматический океан, то он больше напоминает базальный магматический океан на Земле и, возможно, Марсе. Однако неясно, как он поддерживает свое существование, так как на Ио мантийный расплав будет менее плотным, чем окружающая мантия, и будет иметь тенденцию подниматься, а в случае, если расплав сам по себе плотный (например, из-за большого содержания железа), то неясно, как он достигнет поверхности спутника. Кроме того, пока что никакие текущие данные наблюдений не подтверждают наличие глубокого океана магмы. Не исключается версия гетерогенной мантии, которая включает в себя как глубинные резервуары с магмой, так и более легкие, поднимающиеся к поверхности расплавы. Стоит также отметить, что этот результат имеет важное значение для экзопланетологии, так как раньше считалось, что интенсивный приливный нагрев обычно приводит к образованию магматических океанов.

Источник: N+1

Оригинальная статья: https://www.nature.com/articles/s41586-024-08442-5