Die beiden leistungsstärksten jemals gebauten Weltraumteleskope, das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) und das Hubble-Weltraumteleskop der NASA, sind dabei, Daten über den vulkanischsten Körper im gesamten Sonnensystem, Jupiters ersten Galilei-Mond, Io, zu sammeln.
Diese Daten werden in Kombination mit bevorstehenden Vorbeiflügen der NASA-Raumsonde Juno an Io verwendet, die derzeit das Jupitersystem untersucht und diese Vorbeiflüge später in diesem Jahr und Anfang 2024 durchführen soll. Der Zweck besteht darin, diesen kleinen Vulkanmond mit diesen beiden zu untersuchen Mithilfe leistungsstarker Teleskope und eines umlaufenden Raumschiffs sollen Wissenschaftler ein besseres Verständnis dafür gewinnen, wie die austretende Atmosphäre von Io mit der umgebenden Magnet- und Plasmaumgebung des Jupiter interagiert.
„Der Zeitpunkt dieses Projekts ist entscheidend“, sagte Dr. Kurt Retherford, Forscher am Southwest Research Institute (SwRI) und Hauptforscher dieser aufwändigen Wissenschaftskampagne. „Im Laufe des nächsten Jahres wird Juno mehrmals an Io vorbeifliegen und bietet seltene Gelegenheiten, In-situ- und Fernbeobachtungen dieses komplexen Systems zu kombinieren. Wir hoffen, neue Einblicke in den dramatischen Vulkanismus von Io, die Plasma-Mond-Wechselwirkungen sowie das neutrale Gas und Plasma zu gewinnen.“ Populationen, die sich durch die riesige Magnetosphäre des Jupiter ausbreiten und intensive Jupiter-Auroralemissionen auslösen.“
Die Beantragung von Beobachtungszeit auf Hubble erfolgt über das Hubble Space Telescope Observing Program der NASA und wird auf der Grundlage der Anzahl der Umlaufbahnen zugeteilt, die Hubble im Rahmen einer wissenschaftlichen Kampagne zur Vervollständigung seiner Forschung um die Erde absolvieren soll, wobei jede Umlaufbahn etwa 90 Minuten dauert. Typischerweise erfordern große Beobachtungsprojekte 75 oder mehr Umlaufbahnen. Dies wird nicht das erste Mal sein, dass Hubble Jupiter untersucht, da es auf eine lange Geschichte der Erforschung des größten Planeten im Sonnensystem zurückblicken kann.
Für diese Kampagne werden Dr. Retherford und sein Team 122 Hubble-Umrundungen um die Erde nutzen, um Daten über Io für eine Gesamtzeit von 183 Beobachtungsstunden zu sammeln, was etwas mehr als 4,25 vollständigen Umlaufzeiten von Io um Jupiter entspricht, wobei jede Umrundung etwa 10 Minuten dauert 42,5 Stunden. Darüber hinaus wird JWST im Laufe von 4,8 Stunden oder etwas mehr als 10 % einer vollständigen Umlaufbahn von Io um Jupiter Daten über Io sammeln.
Das massive Magnetfeld des Jupiter besteht aus einer riesigen Blase geladener Teilchen, die den größten Planeten im Sonnensystem umkreist und umkreist, der hauptsächlich aus der entweichenden Atmosphäre von Io besteht. Was den Wissenschaftlern ein Rätsel geblieben ist, ist die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre von Io, flüchtigen Stoffen an der Oberfläche, Vulkanausbrüchen, den ausgedehnten neutralen Wolken von Io, der Ionosphäre des Jupiter und dem Io-Plasma-Torus (IPT) und insbesondere die Frage, wie man diese messen und tiefere Einblicke in sie gewinnen kann. Die IPT ist eine donutförmige Wolke, die Jupiter umgibt und durch Ionisierung der austretenden Gase von Io entsteht.
„Die meisten dieser Materialien entweichen nicht direkt aus den Vulkanen, sondern stehen vielmehr im Zusammenhang mit der Sublimation von Schwefeldioxid-Reifen von der Tagesoberfläche von Io“, sagte Dr. Katherine de Kleer, Assistenzprofessorin für Planetenwissenschaften und Astronomie am Caltech, ein Experte für JWST-Datenanalyse und einer von mehreren Co-Ermittlern dieser Kampagne. „Die Wechselwirkung zwischen Ios Atmosphäre und dem umgebenden Plasma stellt den Entweichmechanismus für Gase dar, die von der gefrorenen Oberfläche des Mondes freigesetzt werden.“
Nach ihrer Ankunft am Jupiter im Juli 2016 verbrachte Juno ihre wichtigste wissenschaftliche Mission damit, Jupiter zu untersuchen, einschließlich seines Inneren, seiner Polarlichter und seiner massiven Magnetosphäre. Junos erweiterte Mission begann im August 2021 und soll bis September 2025 dauern. Sie wurde für Vorbeiflüge an den galiläischen Monden des Jupiter, Io, Europa, Ganymed und Callisto, eingesetzt. Für Io hat Juno bereits 2022 und Anfang dieses Jahres Vorbeiflüge durchgeführt. Die weiteren Vorbeiflüge dieser neuen Kampagne sind für den 30. Dezember 2023, den 1. Februar 2024 und den 20. September 2024 geplant.
„Die Chance für einen ganzheitlichen Ansatz für Io-Untersuchungen bestand nicht mehr, seit eine Reihe von Vorbeiflügen der Galileo-Raumsonde in den Jahren 1999 und 2000 von Hubble mit einer produktiven Kampagne in 30 Umlaufbahnen unterstützt wurden“, sagte Dr. Retherford. „Die Kombination von Junos intensiven In-situ-Messungen mit unseren Fernerkundungsbeobachtungen wird zweifellos unser Verständnis der Rolle von Io bei der Steuerung gekoppelter Phänomene im Jupitersystem verbessern.“
Wie bereits erwähnt, ist Io der vulkanisch aktivste Körper im gesamten Sonnensystem und verfügt über Hunderte von Vulkanen, die Lava Dutzende von Kilometern (oder Meilen) in den Weltraum schleudern. Seine vulkanische Aktivität ist das Ergebnis der Gezeitenerwärmung, wenn der kleine Mond vom viel massereicheren Jupiter zusammen mit zwei der äußeren Monde, Europa und Ganymed, zusammengedrückt und gedehnt wird. Die vulkanische Aktivität von Io wurde erstmals kurz vor der Ankunft der NASA-Raumsonde Voyager 1 im Jahr 1979 vorhergesagt, was diese Aktivität bestätigte und die ersten Anzeichen von aktivem Vulkanismus außerhalb der Erde abbildete.