Weltraumforscher beobachteten während einer Bedeckung den Zusammenbruch der Atmosphäre von Io

Das Forschungsergebnis zeigt die Auswirkungen von Jupiters Schatten auf das Einfrieren der vulkanischen Gase auf Jupitermond Io.

Astronomen dokumentierten die atmosphärischen Veränderungen auf Io, Jupiters vulkanisch aktiven Satelliten, wenn der Riesenplanet seinen Schatten auf die Oberfläche des Mondes während seiner täglichen Finsternisse wirft.

Eine Studie unter der Leitung von Constantine Tsang vom SwRI kam zu dem Schluss, dass die dünne Atmosphäre von Io, die in erster Linie aus Schwefeldioxidgas (SO₂) besteht, das aus den Vulkanen emittiert wird, kollabiert, wenn das Schwefeldioxidgas auf der Oberfläche zu Eis gefriert. Dies geschieht dann, wenn Io der Schatten Jupiters trifft. Wenn sich der Mond wieder aus Jupiters Schatten bewegt und das Eis sich wieder erwärmt, erneuert sich die Atmosphäre durch Sublimation, weil das Eis direkt in Gas umgewandelt wird.

„Erstmals wurde dieses Phänomen von den Forschern direkt beobachtet, und es wird unser Verständnis über diesen geologisch aktiven Mond verbessern“, sagte Tsang.

Die Ergebnisse wurden in einer Studie mit dem Titel „The Collapse of Io`s Primary Atmosphere in Jupiter Eclipse“ im Journal of Geophysical Research veröffentlicht. Das Team verwendete das acht Meter Gemini-Nord-Teleskop auf Hawaii und den Texas Echelon Cross Echelle Spectrographen (TexES) für ihre Forschung.

Die Daten zeigen, dass die Atmosphäre sich aufzulösen beginnt, wenn die Temperaturen von -112 °C im Sonnenlicht auf – 132°C während der Finsternis fallen. Die Finsternis dauert 2 Stunden jeden Io-Tag (1,7 Erd-Tage). In der Mitte der Finsternis kollabiert die Atmosphäre, weil das meiste des SO₂ sich als Frost auf der Oberfläche des Mondes absetzt. Die Atmosphäre entwickelt sich wieder, wenn die Oberfläche des Mondes ins volle Sonnenlicht zurückkehrt.

„Dies bestätigt, dass sich die Atmosphäre von Io in einem ständigen Zustand des Zusammenbruchs und Wiederaufbaus befindet und zeigt, dass ein großer Teil der Atmosphäre durch Sublimation von SO₂ Eis getragen wird, sagte John Spencer, ein SwRI Wissenschaftler, der auch an der Studie teilgenommen hat.

„Obwohl Io hyperaktive Vulkane hat, welche die ultimative Quelle des SO₂ sind, kontrolliert das Sonnenlicht täglich den atmosphärischen Druck, indem sie die Temperatur des Eises auf der Oberfläche steuert. Das haben wir schon lange vermutet, aber bis jetzt nicht sehen können“, sagte Spencer.

Vor der Studie waren keine direkten Beobachtungen von Ios Atmosphäre während einer Bedeckung möglich, weil es schwierig ist, die Atmosphäre von Io in der Dunkelheit von Jupiters Schatten zu beobachten. Dieser Durchbruch wurde erst möglich, weil TexES die Atmosphäre unter Verwendung von Wärmestrahlung misst und nicht das Sonnenlicht. Und das riesige Gemini-Teleskop kann die schwache Wärmesignatur von Ios kollabierter Atmosphäre „spüren“.

Die Beobachtungen von Tsang und Spencer fanden in zwei Nächten im November 2013 statt, als Io mehr als 670 Millionen Kilometer von der Erde entfernt war. In beiden Nächten wurde beobachtet, wie Io in den Jupiter-Schatten hinein und wieder aus dem Jupiter-Schatten hinaus trat, und zwar über einen Zeitraum von etwa 40 Minuten vor und nach der Eklipse.

Io ist das vulkanisch aktivste Objekt im Sonnensystem. Durch die starke Anziehungskraft von Jupiter kommt es zur Gezeiten-Erwärmung, welche die vulkanische Tätigkeit des Mondes antreibt. Die Vulkane von Io emittieren schirmartige Rauchfahnen von SO₂ Gas über der Oberfläche des Mondes, die sich bis in eine Höhe von 480 Kilometern erstrecken und umfangreiche Felder aus Basaltlava erzeugen, die hunderte von Kilometern weit fließen können.

Diese Studie wurde rechtzeitig fertig, damit die Raumsonde Juno, die Jupiter seit dem 4. Juli umkreist, beobachten kann, wie Io Gase ausspuckt, die schließlich das Jupiter-System füllen und die Auroras an Jupiters Polen beeinflussen, sagte Tsung. „Das Verständnis, wie diese Emissionen von Io gesteuert werden wird dazu beitragen, ein genaueres Bild vom Jupiter-System zu bekommen.


5. August 2016/SP
Verein Kuffner-Sternwarte