Іо, також Юпітер I (грец. Ἰώ) — супутник Юпітера, найближчий до планети з чотирьох галілеєвих супутників. Її діаметр становить 3642 км, тому Іо є четвертим за величиною супутником у Сонячній системі. Іо серед усіх супутників має найбільшу щільність та найсильнішу поверхневу гравітацію, а також має найменшу кількість води за серед усіх відомих астрономічних об'єктів у Сонячній системі. Цей супутник відкрив Галілео Галілей у 1610 році. Перші фото Іо були зроблені зондом «Піонер-11», який пролетів повз Юпітер в грудні 1974 року. Названий на честь міфологічної Іо — жриці Гери та коханки Зевса.
Іо є найбільш геологічно активним об'єктом у Сонячній системі. На її поверхні є понад 400 активних вулканів. Ця екстремальна геологічна активність є результатом приливного нагрівання від тертя, яке виникає в надрах Іо, коли вона знаходиться між Юпітером та іншими галілеєвими супутниками. Кілька вулканів утворюють шлейфи сірки та діоксиду сірки, які здіймаються до 500 км над поверхнею. На поверхні супутника також є більш ніж 100 гір, які були підняті сильним стисненням в основі силікатної кори Іо. Деякі з цих вершин вищі за гору Еверест, найвищу точку на поверхні Землі. На відміну від більшості супутників у зовнішній Сонячній системі, які в основному складаються з водяного льоду, Іо в основному складається з силікатної породи, що оточує ядро з розплавленого заліза або сульфіду заліза. Велика частина поверхні Іо являє собою великі рівнини з покривом інею з сірки та діоксиду сірки.
Вулканізм Іо відповідає за багато її унікальних особливостей. Її вулканічні шлейфи та лавові потоки викликають великі зміни поверхні і надають характерний колір супутнику, в основному завдяки алотропам і сполукам сірки. Численні великі лавові потоки, деякі з яких мають довжину понад 500 км, також впливають на поверхню. Речовини, вивергнуті внаслідок цього вулканізму, складають тонку, плямисту атмосферу Іо, і вони також сильно впливають на природу й рівень радіації великої магнітосфери Юпітера. Вулканічні викиди Іо створюють великий, інтенсивний плазмовий тор навколо Юпітера, створюючи несприятливе радіаційне середовище на супутнику та навколо нього. Іо отримує близько 3600 берів (36 Зв) іонізуючого випромінювання на добу.
Номенклатура
Хоча Симона Маріуса не визнали першовідкривачем галілеєвих супутників, для них прийняли назви, які дав саме він. 1614 року вийшла публікація Маріуса Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici, у якій він запропонував назви для найближчих супутників Юпітера, включаючи «Меркурій Юпітера» або першу з «Юпітеріанських планет». Він підтримав пропозицію Йоганна Кеплера, яку той зробив у жовтні 1613 року, — називати супутники цієї планети на честь коханок та коханців героя давньогрецької міфології Зевса або його римського еквівалента Юпітера. Найближчий з внутрішніх великих супутників — Іо — він назвав на честь Іо з грецької міфології (де він приписує пропозицію Кеплеру). Потім ці назви, були забуті й вийшли з ужитку аж до середини XX століття. У більш ранній літературі Іо називається за планетною приналежністю з додаванням римської цифри, наприклад, «», або просто «перший супутник Юпітера».
Деталі рельєфу Іо названі на честь персонажів і місцевостей з міфу про Іо, а також на честь божеств вогню, вулканів, Сонця і грози з різних міфів, і на честь персонажів та місць із «Пекла» поеми італійського письменника Данте Аліг’єрі «Божественної комедії», що підходять для поверхні вулканічної природи. Відтоді як «Вояджер-1» досить докладно вивчив поверхню Іо, Міжнародний астрономічний союз затвердив назви 225 вулканів, гір, плато та областей з високим альбедо. Найменовані деталі рельєфу належать до таких типів: пате́ра () — вулканічний кратер неправильної форми, (fluctus) — лавовий потік, (vallis) — лавовий канал, еруптивний центр — місцевість, де помітні перші ознаки виверження, гора (mons), столова гора (mensa), купол (tholus), (planum), область (regio). Прикладами названих структур є столова гора Пана, і область Колхіда.
Історія досліджень
Телескопічні дослідження
Перше спостереження Іо провів Галілео Галілей 7 січня 1610 року. Він зміг побачити супутник за допомогою рефрактора з 20-кратним збільшенням, який сконструював у Падуанському університеті. Однак під час першого спостереження, через малу потужність телескопа, Галілей не зміг відокремити Іо від іншого супутника Юпітера, Європи, і позначив їх як один об'єкт. Але вже наступного дня, 8 січня 1610 року, він побачив їх окремо (цю дату і визнає Міжнародний астрономічний союз днем відкриття Іо). Відкриття Іо та інших галілеєвих супутників Галілей опублікував у роботі Sidereus Nuncius у березні 1610 року. Симон Маріус у своїй праці Mundus Jovialis, яку він опублікував 1614 року, стверджував, що спостерігав Іо та інші супутники Юпітера ще в 1609 році, за один тиждень до того, як їх відкрив Галілей. Той висловив сумніви в автентичності цих тверджень і відхилив заяву Маріуса як плагіат. Але перше зареєстроване спостереження Маріуса датоване 29 грудня 1609 року за юліанським календарем, що відповідає 8 січня 1610 року за григоріанським календарем, яким користувався Галілей. Оскільки Галілей першим опублікував роботу, то йому й приписують відкриття.
Упродовж двох наступних століть на Іо не могли розрізнити жодних деталей: супутник бачили за допомогою астрономічних телескопів лише як цятку, зоряна величина якої дорівнює 5. У XVII столітті Іо та інші галілеєві супутники слугували для різних цілей: за їх допомогою моряки визначали довготу, фізики перевіряли третій закон Кеплера про рух планет, а також визначали час, який потрібен світлу, щоб подолати відстань між Юпітером і Землею. На основі ефемерид, вимірювання яких провели такі астрономи як Джованні Кассіні та інші, П'єр-Симон Лаплас створив математичну теорію, яка пояснює орбітальні резонанси Іо, Європи і Ганімеда. Ці резонанси, як виявилося пізніше, справили величезний вплив на геологію цих трьох супутників.
Наприкінці XIX — на початку XX століть покращилася технологія створення телескопів, і з'явилися телескопи з кращою роздільною здатністю. Це дозволило астрономам побачити великомасштабні деталі на поверхні Іо. У 1890-х роках Едвард Барнард став першим астрономом, який побачив відмінності у яскравості між екваторіальною і полярною областями Іо й правильно припустив, що вони виникають через відмінності кольору і альбедо цих областей, а не через те, що Іо має яйцеподібну форму (як це запропонував астроном Вільям Пікерінг) або через те, що екваторіальна і полярна області є двома окремими об'єктами (як це спочатку запропонував Барнард). Пізніші телескопічні спостереження за поверхнею Іо підтвердили відмінність між червонувато-коричневими полярними регіонами та жовто-білою екваторіальною смугою.
Телескопічні спостереження Іо в середині XX століття почали наводити на думку про її незвичну природу. Спектрографічні спостереження показали, що, ймовірно, поверхня Іо позбавлена водяного льоду (хоча на інших галілеєвих супутниках його знайдено в достатку). Ті самі спостереження вказують на те, що на поверхні супутника переважають випари, які складаються з солей, багатих сіркою і натрієм. Радіотелескопічні спостереження Іо показали її вплив на магнітосферу Юпітера, про що свідчать сплески на декаметрових хвилях, що відбуваються з періодом, який дорівнює орбітальному періоду супутника.
14 травня 1971 року о 2:00 UTC відбулась важлива для науки подія, коли Іо покрив зорю Бета Скорпіона, що є надзвичайно рідкісною для такої яскравої зорі подією. Це дозволило в 1972 році отримати дуже якісну оцінку середнього радіуса Іо: 1818±5 км.
«Піонер»
Першими космічними апаратами, які наблизилися до Іо, були апарати-близнюки «Піонер-10» і «Піонер-11», що пролітали біля супутника 3 грудня 1973 року і 2 грудня 1974 року відповідно. Радіоспостереження з цих місій дозволило уточнити масу Іо. Ці дані, разом з даними про її розмір, показали, що Іо має найбільшу серед галілеєвих супутників щільність і складається з силікатних порід, а не водяної криги. За допомогою «Піонерів» вдалося також помітити тонкий шар атмосфери Іо та інтенсивний радіаційний пояс біля її орбіти. Камера на борту «Піонера-11» дала єдине якісне зображення північної полярної області Іо. Детальні знімки мав зробити й «Піонер-10», але ці спостереження не вдалися через неправильну роботу апаратури за високої радіації. «Піонер-10» передав дані про інтенсивне іонізуюче випромінювання навколо Іо, що стало основою для розуміння небезпечного радіаційного середовища цього супутника. Місія «Піонер-10» тривала понад 30 років і закінчилася лише у 2003 році, коли апарат вийшов за межі Сонячної системи, що зробило його першим міжзоряним зондом NASA.
«Вояджер»
Польоти зондів-близнят «Вояджер-1» і «Вояджер-2» повз Іо в 1979 році, завдяки їхній більш досконалій системі зйомки, дали набагато детальніші зображення супутника. «Вояджер-1» пролітав повз супутник 5 березня 1979 на відстані 20 600 км. Зображення, здобуті під час цього прольоту, показали дивний різнокольоровий краєвид, позбавлений метеоритних кратерів. На знімках з високою роздільною здатністю видно відносно молоду поверхню з ямами дивної форми, горами, вищими за Джомолунгму, і речовиною, що нагадує потоки лави.
Невдовзі після прольоту «Вояджера-2» інженер навігації «Вояджера» Лінда Морабіто помітила на одному із зображень шлейф, що виходить від поверхні. Аналіз знімків з «Вояджера-1» показав наявність дев'яти таких шлейфів, що свідчить про значну вулканічну активність на Іо. Це передбачили у своїй роботі , Патрік Кассен і Р. Т. Рейнольдс незадовго до отримання знімків з «Вояджера-1». Вони обчислили, що надра Іо повинні періодично істотно нагріватися через орбітальний резонанс Іо з Ганімедом і Європою. Дані, отримані від «Вояджера-1», показали, що на поверхні Іо переважає сірка і заморожений діоксид сірки. Вони переважають і в тонкому шарі атмосфери Іо, і в торі плазми, зосередженої на її орбіті (це випливає також зі спостережень «Вояджера»).
9 липня 1979 року «Вояджер-2» пройшов поблизу Іо на відстані 1 130 000 км. І хоча цей космічний апарат не підлітав до супутника настільки близько, як «Вояджер-1», з порівняння їх знімків вдалося виявити кілька змін на поверхні, що відбулися за чотири місяці між прольотами. Крім того, спостереження за Іо як за півмісяцем під час віддалення «Вояджера-2» від системи Юпітера показали, що сім з дев'яти шлейфів, що спостерігалися в березні, проявляли активність і в липні 1979 року і лише вулкан був пасивним.
«Галілео»
Космічний апарат «Галілео» досяг Юпітера в 1995 році (через шість років після старту з Землі). Його метою було продовження та уточнення досліджень двох «Вояджерів» і наземних спостережень минулих років. Перебування Іо в межах одного з найбільш інтенсивних радіаційних поясів Юпітера виключило можливість тривалих близьких досліджень, але «Галілео» досить близько пролетів поблизу з Іо перш ніж вийти на орбіту, потрібну для виконання свого основного завдання — дворічного докладного вивчення системи Юпітера. І хоча під час цього прольоту, що відбувся 7 грудня 1995, не було зроблено жодного знімка, він приніс значні результати: відкриття в Іо залізного ядра, подібного до ядра кам'янистих планет Сонячної системи.