NASA-Sonde Juno erkundet Lavaseen auf Jupiters Mond Io aus nächster Nähe

Neue Erkenntnisse der NASA-Sonde Juno liefern ein umfassenderes Bild davon, wie weit verbreitet die Lavaseen auf dem Jupitermond Io sind, und bieten erstmals Einblicke in die dort ablaufenden vulkanischen Prozesse. Diese Ergebnisse stammen von Junos Instrument Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM), das von der italienischen Raumfahrtagentur zur Verfügung gestellt wurde und im Infrarotlicht „sieht“. Forscher haben veröffentlicht ein Artikel über Junos jüngste vulkanische Entdeckungen in Kommunikation Erde und Umwelt.

Io fasziniert Astronomen seit 1610, als Galileo Galilei den Jupitermond entdeckte, der etwas größer als die Erde ist. Etwa 369 Jahre später fing die Raumsonde Voyager 1 der NASA einen Vulkanausbruch auf dem Mond ein. Nachfolgende Missionen zum Jupiter mit weiteren Vorbeiflügen an Io entdeckten weitere Fontänen – und Lavaseen. Wissenschaftler glauben heute, dass Io, das von benachbarten Monden und dem massiven Jupiter selbst wie ein Akkordeon gedehnt und zusammengedrückt wird, die vulkanisch aktivste Welt im Sonnensystem ist. Doch obwohl es viele Theorien über die Arten von Vulkanausbrüchen auf der Mondoberfläche gibt, gibt es nur wenige Belege dafür.

Sowohl im Mai als auch im Oktober 2023 flog Juno an Io vorbei und kam dabei bis auf etwa 35.000 bzw. 13.000 Kilometer heran. Zu Junos Instrumenten, die einen guten Blick auf den betörenden Mond ermöglichten, gehörte JIRAM.

JIRAM wurde entwickelt, um das Infrarotlicht (das für das menschliche Auge nicht sichtbar ist) einzufangen, das tief im Inneren des Jupiters aufsteigt. Es untersucht die Wetterschicht bis zu einer Tiefe von 50 bis 70 Kilometern unter den Wolken des Gasriesen. Während Junos ausgedehnter Mission verwendete das Missionsteam das Instrument jedoch auch, um die Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto zu untersuchen. Die JIRAM-Bilder von Io zeigten die Anwesenheit heller Ringe, die die Böden zahlreicher Hotspots umgeben.

„Die hohe räumliche Auflösung der Infrarotbilder von JIRAM, kombiniert mit der günstigen Position von Juno während der Vorbeiflüge, hat gezeigt, dass die gesamte Oberfläche von Io von Lavaseen bedeckt ist, die in calderaähnlichen Strukturen eingeschlossen sind“, sagte Alessandro Mura, ein Juno-Co-Forscher vom Nationalen Institut für Astrophysik in Rom. „In der Region von Ios Oberfläche, in der wir die vollständigsten Daten haben, schätzen wir, dass etwa 3 % davon von einem dieser Seen aus geschmolzener Lava bedeckt sind.“ (Eine Caldera ist eine große Vertiefung, die entsteht, wenn ein Vulkan ausbricht und einstürzt.)

Feuerspeiende Seen

Die Daten des Io-Vorbeiflugs von JIRAM zeigen nicht nur die reichhaltigen Lavavorkommen des Mondes, sondern geben auch einen Einblick in das, was unter der Oberfläche vor sich gehen könnte. Infrarotbilder mehrerer Lavaseen auf Io zeigen einen dünnen Lavakreis am Rand zwischen der zentralen Kruste, die den größten Teil des Lavasees bedeckt, und den Wänden des Sees. Dass Schmelze recycelt wird, ist an der Tatsache zu erkennen, dass es auf und jenseits des Randes des Sees keine Lavaströme gibt. Dies deutet darauf hin, dass ein Gleichgewicht zwischen der Schmelze besteht, die in die Lavaseen ausgebrochen ist, und der Schmelze, die wieder in das unterirdische System zurückfließt.

„Wir haben jetzt eine Vorstellung davon, welche Art von Vulkanismus auf Io am häufigsten vorkommt: riesige Lavaseen, in denen Magma auf und ab fließt“, sagte Mura. „Die Lavakruste wird gezwungen, an den Wänden des Sees zu brechen, wodurch der typische Lavaring entsteht, den man in hawaiianischen Lavaseen sieht. Die Wände sind wahrscheinlich Hunderte von Metern hoch, was erklärt, warum man im Allgemeinen kein Magma beobachtet, das aus den Paterae“ – schüsselförmigen Strukturen, die durch Vulkanismus entstanden sind – „austritt und sich über die Mondoberfläche bewegt.“

JIRAM-Daten lassen darauf schließen, dass die Oberfläche dieser Io-Hotspots größtenteils aus einer Gesteinskruste besteht, die sich aufgrund des zentralen Auftriebs von Magma zyklisch als eine zusammenhängende Oberfläche auf und ab bewegt. Bei dieser Hypothese verhindert Reibung, dass die Kruste rutscht, weil sie die Wände des Sees berührt. Dadurch verformt sie sich und bricht schließlich, wodurch die Lava direkt unter der Oberfläche freigelegt wird.

Eine alternative Hypothese ist noch im Spiel: In der Mitte des Sees steigt Magma auf, breitet sich aus und bildet eine Kruste, die am Rand des Sees absinkt und die Lava freilegt.

„Wir fangen gerade erst an, uns mit den JIRAM-Ergebnissen aus den nahen Vorbeiflügen an Io im Dezember 2023 und Februar 2024 zu befassen“, sagte Scott Bolton, leitender Forscher für Juno am Southwest Research Institute in San Antonio. „Die Beobachtungen liefern faszinierende neue Informationen über Ios vulkanische Prozesse. Kombiniert man diese neuen Ergebnisse mit Junos längerfristiger Kampagne zur Überwachung und Kartierung der Vulkane an Ios noch nie zuvor gesehenen Nord- und Südpolen, erweist sich JIRAM als eines der wertvollsten Werkzeuge, um zu verstehen, wie diese gequälte Welt funktioniert.“

Juno führte am 13. Juni seinen 62. Vorbeiflug am Jupiter durch, der einen Vorbeiflug an Io in einer Höhe von etwa 29.250 Kilometern beinhaltete. Der 63. Vorbeiflug am Gasriesen ist für den 16. Juli geplant.