Neue Teleskopbilder des Jupitermondes Io können es mit denen von Raumsonden aufnehmen

Neue Bilder von Jupiters vulkanisch übersätem Mond Io, aufgenommen mit dem Large Binocular Telescope auf dem Mount Graham in Arizona, bieten die höchste Auflösung, die je mit einem erdgebundenen Instrument erreicht wurde. Möglich wurden die Beobachtungen durch ein neues optisches Bildgebungsinstrument mit hohem Kontrast namens SHARK-VIS und das adaptive Optiksystem des Teleskops, das die durch atmosphärische Turbulenzen verursachte Unschärfe kompensiert.

Die Bilder werden in der Zeitschrift veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefezeigen Oberflächenstrukturen mit einem Durchmesser von nur 80 Kilometern, eine räumliche Auflösung, die bisher nur mit Raumsonden erreicht werden konnte, die zum Jupiter geschickt wurden. Das entspricht dem Aufnehmen eines Fotos eines 100-Cent-großen Objekts aus 160 Kilometern Entfernung, so das Forschungsteam.

Mit SHARK-VIS konnten die Forscher ein großes Ereignis der Oberflächenerneuerung rund um Pele, einen der bedeutendsten Vulkane Ios, identifizieren. Laut Al Conrad, dem Erstautor der Studie, stellen die Ausbrüche auf Io, dem vulkanisch aktivsten Körper im Sonnensystem, ihre Zeitgenossen auf der Erde in den Schatten.

„Io bietet daher eine einzigartige Gelegenheit, mehr über die gewaltigen Eruptionen zu erfahren, die in ihrer fernen Vergangenheit dabei geholfen haben, die Oberflächen der Erde und des Mondes zu formen“, sagte Conrad, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Large Binocular Telescope Observatory. Das Large Binocular Telescope (LBT) ist Teil des Mount Graham International Observatory, einer Abteilung des University of Arizona Steward Observatory.

Conrad fügte hinzu, dass Studien wie diese den Forschern helfen werden zu verstehen, warum einige Welten im Sonnensystem vulkanischen Ursprungs sind, andere jedoch nicht. Sie könnten eines Tages auch Licht auf vulkanische Welten in Exoplanetensystemen um nahegelegene Sterne werfen.

Io ist etwas größer als der Erdmond und der innerste der Galileischen Monde des Jupiters, zu denen neben Io noch Europa, Ganymed und Kallisto gehören. Da Io in einem Gravitations-„Tauziehen“ zwischen Jupiter, Europa und Ganymed gefangen ist, wird er ständig zusammengedrückt, was zu einem Aufbau von Reibungswärme in seinem Inneren führt – was vermutlich die Ursache für seine anhaltende und weit verbreitete vulkanische Aktivität ist.

Durch die Überwachung der Eruptionen auf der Oberfläche von Io hoffen die Wissenschaftler, Erkenntnisse über die hitzebedingte Bewegung des Materials unter der Mondoberfläche, seine innere Struktur und schließlich über den Gezeiten-Heizmechanismus zu gewinnen, der für den intensiven Vulkanismus von Io verantwortlich ist.

Die vulkanische Aktivität von Io wurde erstmals 1979 entdeckt, als Linda Morabito, eine Ingenieurin der Voyager-Mission der NASA, auf einem der Bilder, die die Raumsonde während ihrer berühmten „Grand Tour“ zu den äußeren Planeten gemacht hatte, eine Eruptionswolke entdeckte. Seitdem wurden unzählige Beobachtungen gemacht, die Ios ruhelose Natur dokumentieren, sowohl aus dem Weltraum als auch aus erdgebundenen Teleskopen.

Ashley Davies, Co-Autorin der Studie und leitende Wissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA, sagte, das neue Bild von SHARK-VIS sei so detailreich, dass es dem Team ermöglicht habe, ein großes Oberflächenereignis zu identifizieren, bei dem die Ablagerung von Vulkanausbrüchen um einen bekannten Vulkan namens Pele, der sich in Ios südlicher Hemisphäre nahe dem Äquator befindet, von Eruptionsablagerungen des benachbarten Vulkans Pillan Patera bedeckt wird. Eine ähnliche Eruptionssequenz wurde von der Galileo-Raumsonde der NASA beobachtet, die das Jupitersystem zwischen 1995 und 2003 erforschte.

„Wir interpretieren die Veränderungen als dunkle Lavaablagerungen und weiße Schwefeldioxidablagerungen, die von einem Ausbruch am Pillan Patera herrühren und die rote, schwefelreiche Ablagerung von Pele teilweise bedecken“, sagte Davies. „Vor SHARK-VIS war es unmöglich, solche Oberflächenerneuerungen von der Erde aus zu beobachten.“

Zwar können Teleskopbilder im Infrarotbereich durch laufende Vulkanausbrüche verursachte Hotspots erkennen, doch sind sie nicht scharf genug, um Oberflächendetails sichtbar zu machen und die Orte der Ausbrüche eindeutig zu identifizieren, erklärte Co-Autorin Imke de Pater, emeritierte Professorin für Astronomie an der University of California in Berkeley.

„Schärfere Bilder im sichtbaren Wellenlängenbereich, wie sie SHARK-VIS und LBT liefern, sind unverzichtbar, um sowohl die Orte von Ausbrüchen als auch Oberflächenveränderungen zu identifizieren, die im Infrarotbereich nicht erkennbar sind, wie etwa neue Ablagerungen von Fontänen“, sagte de Pater und fügte hinzu, dass Beobachtungen im sichtbaren Wellenlängenbereich den Forschern wichtige Informationen für die Interpretation von Infrarotbeobachtungen liefern, darunter auch jene von Raumfahrzeugen wie Juno, das derzeit den Jupiter umkreist.

SHARK-VIS wurde vom italienischen Nationalen Institut für Astrophysik an der Sternwarte in Rom gebaut und wird von einem Team unter der Leitung des leitenden Forschers Fernando Pedichini verwaltet, der von Projektmanager Roberto Piazzesi unterstützt wird.

Im Jahr 2023 wurde es zusammen mit seinem ergänzenden Nahinfrarotinstrument SHARK-NIR am LBT installiert, um die herausragende adaptive Optik des Teleskops voll auszunutzen. Das Instrument verfügt über eine schnelle, extrem rauscharme Kamera, die es ihm ermöglicht, den Himmel im „Fast Imaging“-Modus zu beobachten und Zeitlupenaufnahmen zu machen, die die durch atmosphärische Turbulenzen verursachten optischen Verzerrungen einfrieren, und die Daten mit einer beispiellosen Schärfe nachzubearbeiten.

Gianluca Li Causi, Datenverarbeitungsmanager für SHARK-VIS am italienischen Nationalen Institut für Astrophysik, erklärte: „Wir verarbeiten unsere Daten am Computer, um alle elektronischen Spuren des Sensors zu entfernen. Dann wählen wir die besten Bilder aus und kombinieren sie mit einem hocheffizienten Softwarepaket namens Kraken, das von unseren Kollegen Douglas Hope und Stuart Jefferies von der Georgia State University entwickelt wurde. Kraken ermöglicht es uns, atmosphärische Effekte zu entfernen und Io in unglaublicher Schärfe darzustellen.“

Simone Antoniucci, Wissenschaftler am SHARK-VIS-Instrument, sagte, er rechne damit, dass neue Beobachtungen von Objekten im gesamten Sonnensystem gemacht werden könnten.

„Das scharfe Sehvermögen von SHARK-VIS eignet sich besonders gut für die Beobachtung der Oberflächen vieler Körper des Sonnensystems, nicht nur der Monde von Riesenplaneten, sondern auch von Asteroiden“, sagte er. „Wir haben bereits einige davon beobachtet, die Daten werden derzeit analysiert, und planen, noch mehr zu beobachten.“