Lua de Júpiter, Io, fotografada pelo SHARK-VIS em 10 de janeiro de 2024. Esta é a imagem de Io de maior resolução já obtida por um telescópio baseado na Terra. A imagem combina três bandas espectrais — infravermelha, vermelha e amarela — para destacar o anel avermelhado em torno do vulcão Pele (abaixo e à direita do centro da lua) e o anel branco em torno de Pillan Patera, à direita de Pele. Crédito: INAF/Large Binocular Telescope Observatory/Georgia State University; Observações da banda IRV por SHARK-VIS/F. Pedichini; processamento por D. Hope, S. Jefferies, G. Li Causi
A tecnologia avançada de imagem capturou imagens nítidas sem precedentes de Júpiterda lua Io, revelando características vulcânicas detalhadas e potencialmente ampliando nossa compreensão da atividade vulcânica extraterrestre.
Desde 1979, quando se descobriu que a lua de Júpiter, Io, estava repleta de vulcões, astrónomos e vulcanologistas ficaram entusiasmados com o que o satélite avermelhado poderia nos dizer sobre a evolução do sistema jupiteriano e a história vulcânica inicial da Terra. No entanto, os estudos de erupções e fluxos de lava em Io têm sido dificultados por imagens difusas de telescópios terrestres e espaciais e por muito poucos closes de naves espaciais sobrevoadas.
Uma nova câmera nítida recentemente instalada em um telescópio no Arizona poderia remediar isso.
Imagens inovadoras da Terra
Uma equipe de astrônomos e engenheiros publicará esta semana na revista Cartas de Pesquisa Geofísica as imagens ópticas de Io com a mais alta resolução já obtidas da Terra – imagens nítidas o suficiente para discernir vulcões tão próximos uns dos outros que os detritos das suas erupções se sobrepõem.
Obtidas pelo Grande Telescópio Binocular (LBT) no Monte Graham, no Arizona, as imagens foram possíveis graças a um novo instrumento de imagem óptica de alto contraste, denominado SHARK-VIS, e ao sistema de óptica adaptativa do telescópio, que compensa o desfoque induzido pela atmosfera atmosférica. turbulência.
Um corte transversal da crosta de Io representando a compreensão atual dos cientistas sobre os processos geológicos e químicos que esculpem a superfície e produzem a atmosfera lunar. À esquerda está uma pluma e um anel vermelho de enxofre semelhante ao gerado pelo lago de lava Pele. Falhas na litosfera predominantemente fria atuam como caminhos para que o magma de silicato rico em enxofre atinja a superfície. O interior de Io é aquecido pela fricção causada pelos puxões gravitacionais de Júpiter e duas de suas luas, Europa e Ganimedes, que geram magma derretido. Crédito: de Pater et al., 2021, Annual Reviews, baseado em uma figura de Doug Beckner, James Tuttle Keane, Ashley Davies
As imagens revelam características superficiais de até 80 quilômetros de diâmetro, uma resolução espacial que até agora só era possível com espaçonaves enviadas a Júpiter, como as duas espaçonaves Voyager em 1979, a missão Galileo, que terminou em 2003, e Juno, que orbita Júpiter desde 2016. A resolução é equivalente a tirar uma foto de um objeto do tamanho de uma moeda de dez centavos a 160 quilômetros de distância, de acordo com a equipe de pesquisa. As imagens são duas a três vezes melhores do que poderiam ser obtidas através do telescópio espacial Hubble.
“As imagens de luz visível são realmente incríveis”, disse Imke de Pater, professor emérito de astronomia e de ciências terrestres e planetárias no Universidade da California, Berkeleyque ajudou a interpretar as imagens com Ashley Davies, principal cientista da NASAdo Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, Califórnia, e Katherine de Kleer, professora assistente do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Insights de imagens avançadas
De Pater observa Io há décadas, principalmente usando telescópios infravermelhos terrestres, como o Observatório Keck e o Observatório Gemini no Havaí, e radiotelescópios como o Atacama Large (sub)Millimeter Array (ALMA) No Chile. As observações infravermelhas capturam características quentes, como fluxos de lava, mas têm resolução inerentemente mais baixa. Mais recentemente, ela imagens infravermelhas analisadas do mais novo observatório da NASA, o Telescópio Espacial James Webb (JWST).
“Com Keck e Gemini, tudo está no infravermelho”, disse ela. “Embora vejamos algumas características da superfície, quando você fotografa o satélite em luz visível, você pode realmente ver imagens semelhantes às que a Voyager e a Galileo obtiveram. Com essas imagens em luz visível, você pode observar as paisagens e a topografia.”
O Grande Telescópio Binocular no Arizona. O instrumento LBTI combina luz infravermelha de ambos os espelhos de 8,4 m para criar imagens de planetas e discos em torno de estrelas jovens e próximas. Crédito: D. Steele, Observatório do Grande Telescópio Binocular
A sua esperança é combinar imagens ópticas do LBT com observações infravermelhas para correlacionar o magma quente e brilhante com características visíveis, como fluxos de lava e depósitos coloridos criados pela precipitação radioactiva de plumas vulcânicas.
“Espero que possamos fazer observações simultâneas em algum ponto no infravermelho e no visível para ver o magma quente e depois o efeito disso na superfície”, disse ela. “Imagens mais nítidas em comprimentos de onda visíveis, como as fornecidas pelo SHARK-VIS e LBT, são essenciais para identificar os locais das erupções e as alterações superficiais não detectáveis no infravermelho, como novos depósitos de plumas.”
Pelé e Pillan Patera, duelando vulcões
De acordo com o primeiro autor do artigo, Al Conrad, cientista associado do Observatório do Grande Telescópio Binocular, as erupções em Io – o corpo vulcanicamente mais ativo do sistema solar – superam os seus contemporâneos na Terra. Estudos como este ajudarão os pesquisadores a entender por que alguns mundos no sistema solar são vulcânicos, mas outros não, disse ele, e poderão algum dia lançar luz sobre mundos vulcânicos em exoplaneta sistemas em torno de estrelas próximas.
“Io, portanto, apresenta uma oportunidade única de aprender sobre as poderosas erupções que ajudaram a moldar as superfícies da Terra e da Lua nos seus passados distantes”, disse Conrad.
Uma imagem bruta de Io capturada pela espaçonave Juno enquanto ela voava pela lua em 9 de abril de 2024, girou de modo que Io ao norte ficasse para cima. O anel avermelhado ao redor de Pele na borda inferior direita parece estar completo depois de ter sido parcialmente obscurecido pelo dióxido de enxofre branco congelado de Pillan Patera em janeiro de 2024. No momento em que esta imagem foi tirada, Juno estava cerca de 10.250 milhas (16.500 quilômetros) acima do superfície de Io. Crédito: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Um pouco maior que a lua da Terra, Io é a mais interna das luas galileanas de Júpiter, que além de Io incluem Europa, Ganimedes e Calisto. Presa num “cabo de guerra” gravitacional entre Júpiter, Europa e Ganimedes, Io está constantemente a ser comprimida, levando à acumulação de calor friccional no seu interior – que se acredita ser a causa da sua atividade vulcânica sustentada e generalizada.
Ao monitorizar as erupções na superfície de Io, os cientistas esperam obter informações sobre o movimento do material sob a superfície da lua, impulsionado pelo calor, a sua estrutura interna e, em última análise, sobre o mecanismo de aquecimento das marés responsável pelo intenso vulcanismo de Io.
Observações detalhadas de interações vulcânicas
Davies disse que a nova imagem obtida pelo SHARK-VIS é tão rica em detalhes que permitiu à equipe identificar um grande evento de recapeamento no qual a pluma se deposita em torno de um vulcão proeminente conhecido como Pele, localizado no hemisfério sul de Io, perto do equador. , está sendo coberto por depósitos de erupção de Pillan Patera, um vulcão vizinho. Uma sequência de erupção semelhante foi observada pela sonda Galileo da NASA, que explorou o sistema de Júpiter entre 1995 e 2003.
“Interpretamos as mudanças como depósitos de lava escura e depósitos de dióxido de enxofre branco originados de uma erupção em Pillan Patera que cobrem parcialmente o depósito de plumas vermelhas e ricas em enxofre de Pele”, disse Davies. “Antes do SHARK-VIS, tais eventos de ressurgimento eram impossíveis de observar a partir da Terra.”
De acordo com de Pater, Pele parece entrar em erupção continuamente, enviando plumas de gases vulcânicos a cerca de 300 quilómetros acima da superfície de Io – suficientemente alto para terem sido fotografados pela Voyager, Galileo e Hubble. Os gases da pluma, que emergem de um lago de lava, congelam e se depositam na superfície como um anel proeminente, largo, avermelhado e rico em enxofre.
Pillan Patera, por outro lado, parece entrar em erupção episodicamente, deixando lava colocada rodeada por um anel branco de dióxido de enxofre congelado (SO2). As novas imagens mostram os depósitos brancos obscurecendo os depósitos avermelhados de Pele, embora provavelmente apenas por um breve período. Fotos de Io tiradas por Juno em abril mostraram um anel laranja quase completo, talvez com um toque de vermelho mais claro onde estavam os depósitos de Pillan.
“É uma espécie de competição entre a erupção do Pillan e a erupção do Pelé, quanto e com que rapidez cada uma deposita”, disse ela. “Assim que o Pillan parar completamente, ele será coberto novamente pelos depósitos vermelhos de Pelé.”
Perspectivas futuras com SHARK-VIS
O SHARK-VIS foi construído pelo Instituto Nacional Italiano de Astrofísica no Observatório Astronômico de Roma e é gerenciado por uma equipe liderada pelo investigador principal Fernando Pedichini, auxiliado pelo gerente do projeto Roberto Piazzesi. Em 2023, foi instalado no LBT, juntamente com o seu instrumento complementar de infravermelho próximo SHARK-NIR, para aproveitar ao máximo o excelente sistema de óptica adaptativa do telescópio. O instrumento abriga uma câmera rápida e de ruído ultrabaixo que permite observar o céu no modo “imagem rápida”, capturando imagens em câmera lenta que congelam as distorções ópticas causadas pela turbulência atmosférica e pós-processar dados com uma nitidez sem precedentes. .
O cientista do instrumento SHARK-VIS, Simone Antoniucci, disse que antecipa que novas observações serão feitas em objetos em todo o sistema solar.
“A visão aguçada do SHARK-VIS é particularmente adequada para observar as superfícies de muitos corpos do sistema solar – não apenas as luas de planetas gigantes, mas também asteróides”, disse ele. “Já observamos alguns deles, com os dados atualmente sendo analisados, e planejamos observar mais.”
Para obter mais informações sobre este estudo, consulte Superfícies vulcânicas de Io reveladas pela nova tecnologia de telescópios.
O LBT faz parte do Observatório Internacional Mount Graham, uma divisão do Observatório Steward da Universidade do Arizona.
