Os vulcões de Io são janelas para seu interior quente

A nave espacial Juno da NASA foi enviada a Júpiter para estudar o gigante gasoso. Mas sua missão foi estendida, dando a ela uma oportunidade de estudar a lua única Io. Io é o corpo mais vulcanicamente ativo do Sistema Solar, com mais de 400 vulcões ativos.

Pesquisadores aproveitaram os sobrevoos da Juno em Io para estudar como o aquecimento das marés afeta a lua.

Nos últimos meses, Juno realizou vários sobrevoos de Io, culminando em um que levou a espaçonave a 1500 km da superfície. Isso deu a Juno vistas de perto sem precedentes da lua vulcânica. Um de seus instrumentos, o Mapeador Auroral Infravermelho Joviano (JIRAM), é um espectrômetro infravermelho, e seus dados estão no centro de novas pesquisas sobre a atividade vulcânica de Io e como o aquecimento das marés a impulsiona.

A nova carta de pesquisa“Observações do JIRAM sobre o fluxo vulcânico em Io: distribuição e comparação com modelos de fluxo de calor de maré,” foi publicado no periódico Geophysical Research Letters. Madeline Pettine, uma estudante de doutorado em astronomia na Universidade Cornell, é a autora principal.

Embora Io esteja morto, o aquecimento das marés que o mantém aquecido pode contribuir para a habitabilidade em outros lugares.

“Estudar a paisagem inóspita dos vulcões de Io na verdade inspira a ciência a procurar vida”, disse o autor principal Pettine.

Io é uma das quatro luas galileanas. As outras três, Calisto, Ganimedes e Europa, são todas suspeitas de terem oceanos líquidos sob camadas congeladas de gelo da superfície. Se esses oceanos realmente existirem, eles poderiam potencialmente sustentar vida. O aquecimento de maré de Júpiter fornece o calor para manter esses oceanos aquecidos. Io é valiosa cientificamente porque podemos testemunhar os efeitos do aquecimento de maré em sua superfície.

“O aquecimento das marés desempenha um papel importante no aquecimento e na evolução orbital dos corpos celestes”, disse o coautor Alex Hayes, o Professor de Astronomia Jennifer e Albert Sohn na Faculdade de Artes e Ciências da Cornell. “Ele fornece o calor necessário para formar e sustentar oceanos subterrâneos nas luas ao redor de planetas gigantes como Júpiter e Saturno.”

Os vulcões de Io não estão distribuídos uniformemente em sua superfície. A maioria deles está na região equatorial. No entanto, neste trabalho, os pesquisadores descobriram que os vulcões nos polos de Io podem agir para regular a temperatura interna da lua.

“Estou tentando combinar o padrão dos vulcões em Io e o fluxo de calor que eles estão produzindo com o fluxo de calor que esperávamos dos modelos teóricos”, disse Pettine.

Júpiter é o planeta mais massivo do Sistema Solar e sua atração gravitacional só perde para a do Sol. A poderosa gravidade de Júpiter faz mais do que ditar a órbita de Io. Ela deforma a lua e a força a se deformar, gerando calor.

“A gravidade de Júpiter é incrivelmente forte”, disse Pettine. “Considerando as interações gravitacionais com as outras luas do grande planeta, Io acaba sendo intimidada, constantemente esticada e encolhida. Com essa deformação de maré, ela cria muito calor interno dentro da lua.”

Io não tem oceano, então o calor derrete rochas, criando um provável oceano de magma dentro da lua. Esse magma sobe pela superfície, entrando em erupção como vulcões e fluxos de lava. Os gases do magma colorem a superfície da lua em vermelhos, amarelos e marrons.

Para entender o que está acontecendo dentro de Io, Pettine e seus colegas trabalharam com uma equação matemática chamada decomposição harmônica esférica. Essa equação permite que cientistas analisem dados de uma superfície esférica e os decomponham, revelando padrões e características importantes.

Pesquisas anteriores mostram que a maior parte da atividade vulcânica de Io está em sua região equatorial, embora alguns vulcões tenham sido detectados em seus polos. Neste trabalho, ele revelou sistemas de vulcões brilhantes em altas latitudes.

“Nossas observações confirmam sistemas previamente detectados de vulcões brilhantes em altas latitudes”, escrevem os autores. “Embora nosso mapa concorde com estudos anteriores que sugerem que áreas de latitudes baixas a médias apresentam as maiores áreas de atividade vulcânica, nosso mapa sugere que os polos de Io são comparativamente ativos ao equador.”

Pettine e seus colegas pesquisadores compararam seus mapas de fluxo de calor global com três modelos diferentes que tentam explicar o que está acontecendo sob a superfície de Io: o modelo do Manto Profundo, o modelo Astenosférico e o modelo do Magma Global.

O Modelo do Manto Profundo diz que o aquecimento de maré mantém uma grande parte do manto em um estado fundido. O Modelo Astenosférico diz que menos do manto é fundido e que apenas o astenosfera está em um estado fundido devido ao aquecimento de maré. Isso é mais parecido com a Terra. O modelo Global Magma Ocean é uma interpretação mais extrema dos dados e diz que uma porção maior do interior de Io é fundido, talvez se estendendo de logo abaixo da superfície até maiores profundidades.

Os pesquisadores também criaram um mapa global completo do fluxo de calor produzido por pontos quentes vulcânicos. “Visualizar esse fluxo em uma escala linear e logarítmica ilustra melhor o comportamento vulcânico individual e as variações globais do fluxo de calor, particularmente as regiões de menor fluxo”, escrevem os autores.

“Nosso estudo conclui que ambos os polos são comparativamente ativos e que a distribuição de fluxo observada é inconsistente com um modelo de aquecimento astenosférico, embora o polo sul seja visto com pouca frequência para estabelecer tendências confiáveis”, explicam os autores.

Os pesquisadores dizem que seus mapas de fluxo de calor não favorecem nenhum dos modelos. “Usando decomposição esférica, descobrimos que a distribuição do fluxo é muito mais uniforme do que em linha com qualquer um dos modelos”, eles escrevem.

Por enquanto, uma compreensão mais completa do aquecimento de maré e da atividade vulcânica de Io é ilusória. As observações do JIRAM de Juno são apenas um instantâneo da lua. Em períodos de tempo mais longos, os mapas de calor parecerão diferentes e podem dar suporte a diferentes modelos e conclusões.

“Não estou resolvendo o aquecimento de maré com este artigo”, disse Pettine. “No entanto, se você pensar em luas geladas no sistema solar externo, outras luas como Europa de Júpiter, ou Titã e Encélado de Saturno, elas são os lugares onde, se formos encontrar vida no sistema solar, será um desses lugares.”

Uma melhor compreensão do aquecimento de maré fará mais do que explicar aspectos do nosso próprio Sistema Solar. Pode nos ajudar a entender zonas habitáveis ​​em outros sistemas solares e como exoluas podem ser aquecidas por exoplanetas gigantes.

É por isso que, embora as luas geladas de Júpiter sejam os principais alvos de exploração, com duas missões destinadas a estudar Europa, Ganimedes e Calisto, precisamos manter um olhar científico em Io.

“Precisamos saber como o calor está sendo gerado”, disse Pettine. “É mais fácil estudar o aquecimento das marés em um mundo vulcânico do que espiar através de uma camada de gelo de quilômetros de espessura que mantém o calor encoberto.”