Aprovechando una rara alineación orbital entre dos de las lunas de Júpiter, Io y Europa, Los investigadores han obtenido un mapa excepcionalmente detallado del lago de lava más grande de Io, el cuerpo más volcánicamente activo del sistema solar.

El 8 de marzo 2015, Europa pasó frente a Io, bloqueando gradualmente la luz de la luna volcánica. Debido a que la superficie de Europa está cubierta de agua helada, refleja muy poca luz solar en longitudes de onda infrarrojas, permitiendo a los investigadores aislar con precisión el calor que emana de los volcanes en la superficie de Io.

Los datos infrarrojos mostraron que la temperatura de la superficie del enorme lago fundido de Io aumentaba constantemente de un extremo al otro. sugiriendo que la lava se había volcado en dos olas que barrían de oeste a este en aproximadamente un kilómetro (3, 300 pies) por día.

La lava volcada es una explicación popular del brillo y la atenuación periódicos del punto caliente, llamado Loki Patera en honor al dios nórdico. (Una patera es un cráter volcánico en forma de cuenco). El sitio volcánico más activo de Io, que en sí mismo es el cuerpo más volcánicamente activo del sistema solar, Loki Patera tiene unos 200 kilómetros (127 millas) de ancho. La región caliente de la patera tiene una superficie de 21, 500 kilómetros cuadrados, más grande que el lago Ontario.

Los astrónomos terrestres notaron por primera vez el brillo cambiante de Io en la década de 1970, pero solo cuando las naves espaciales Voyager 1 y 2 pasaron volando en 1979, quedó claro que esto se debía a erupciones volcánicas en la superficie. A pesar de las imágenes muy detalladas de la misión Galileo de la NASA a fines de la década de 1990 y principios de la de 2000, Los astrónomos continúan debatiendo si los brillos en Loki Patera, que ocurren cada 400 a 600 días, se deben al vuelco de lava en un enorme lago. o erupciones periódicas que esparcen flujos de lava sobre un área extensa.

"Si Loki Patera es un mar de lava, Abarca un área más de un millón de veces la de un lago de lava típico de la Tierra, "dijo Katherine de Kleer, estudiante de posgrado de UC Berkeley y autor principal del estudio. "En este escenario, porciones de corteza fría se hunden, exponiendo el magma incandescente debajo y provocando un brillo en el infrarrojo ".

"Este es el primer mapa útil de toda la patera, "dijo la coautora Ashley Davies, del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, que ha estudiado los volcanes de Io durante muchos años. “Muestra no una, sino dos ondas que resurgen barriendo la patera. Esto es mucho más complejo de lo que se pensaba”.

"Este es un paso adelante en el intento de comprender el vulcanismo en Io, que hemos estado observando durante más de 15 años, y en particular la actividad volcánica en Loki Patera, "dijo Imke de Pater, profesor de astronomía de UC Berkeley.

De Kleer es el autor principal de un artículo que informa sobre los nuevos hallazgos y que se publicará el 11 de mayo en la revista. Naturaleza .

El telescopio binocular pone dos ojos en Io

Las imágenes fueron obtenidas por los espejos gemelos de 8.4 metros (27.6 pies) del Observatorio del Gran Telescopio Binocular en las montañas del sureste de Arizona. unidos como un interferómetro que utiliza óptica adaptativa avanzada para eliminar el desenfoque atmosférico. La instalación es operada por un consorcio internacional con sede en la Universidad de Arizona en Tucson.

"Dos años antes, la LBTO había proporcionado las primeras imágenes terrestres de dos puntos calientes separados dentro de Loki Patera, gracias a la resolución única que ofrece el uso interferométrico de LBT, que es equivalente a lo que proporcionaría un telescopio de 23 metros (75 pies), "El destacado coautor y director de la LBTO, Christian Veillet". Esta vez, sin embargo, la exquisita resolución se logró gracias a la observación de Loki Patera en el momento de una ocultación por parte de Europa ".

Europa tardó unos 10 segundos en cubrir completamente a Loki Patera. “Había tanta luz infrarroja disponible que pudimos dividir las observaciones en intervalos de un octavo de segundo durante los cuales el borde de Europa avanzó solo unos pocos kilómetros a través de la superficie de Io, "dijo el coautor Michael Skrutskie, de la Universidad de Virginia, quien dirigió el desarrollo de la cámara de infrarrojos utilizada para este estudio. "Loki fue cubierto desde una dirección pero revelado desde otra, sólo la disposición necesaria para hacer un mapa real de la distribución de la superficie cálida dentro de la patera ".

Estas observaciones dieron a los astrónomos un mapa térmico bidimensional de Loki Patera con una resolución mejor que 10 kilómetros (6.25 millas), 10 veces mejor de lo que normalmente es posible con el interferómetro LBT en esta longitud de onda (4,5 micrones). El mapa de temperatura reveló una variación suave de temperatura en la superficie del lago, de aproximadamente 270 Kelvin en el extremo occidental, donde parecía haber comenzado el vuelco, a 330 Kelvin en el extremo sureste, donde la lava volcada estaba más fresca y caliente.

Utilizando información sobre la temperatura y la velocidad de enfriamiento del magma derivada de estudios de volcanes en la Tierra, de Kleer pudo calcular qué tan recientemente se había expuesto nuevo magma en la superficie. Los resultados, entre 180 y 230 días antes de las observaciones en el extremo occidental y 75 días antes en el este, concuerdan con datos anteriores sobre la velocidad y el momento del vuelco.

Curiosamente, el vuelco comenzó en diferentes momentos en dos lados de una isla fría en el centro del lago que ha estado allí desde que la Voyager la fotografió en 1979.

"La velocidad de vuelco también es diferente en los dos lados de la isla, que puede tener algo que ver con la composición del magma o la cantidad de gas disuelto en las burbujas del magma, ", dijo de Kleer." Debe haber diferencias en el suministro de magma a las dos mitades de la patera, y lo que sea que esté provocando el inicio del vuelco se las arregla para activar ambas mitades casi al mismo tiempo, pero no exactamente. Estos resultados nos dan una idea del complejo sistema de plomería de Loki Patera ".

Los lagos de lava como Loki Patera se vuelcan porque la corteza de la superficie de enfriamiento se espesa lentamente hasta que se vuelve más densa que el magma subyacente y se hunde, tirando de la corteza cercana con ella en una ola que se propaga por la superficie. Según de Pater, mientras la corteza se rompe, el magma puede brotar como fuentes de fuego, similar a lo que se ha visto en los lagos de lava en la Tierra, pero a menor escala.

De Kleer y de Pater están ansiosos por observar otras ocultaciones de Io para verificar sus hallazgos, pero tendrán que esperar hasta la próxima alineación en 2021. Por ahora, de Kleer está feliz de que el interferómetro que une los dos telescopios, la óptica adaptativa en cada uno y la ocultación única se unieron como estaba planeado esa noche hace dos años.

"No estábamos seguros de que una observación tan compleja fuera a funcionar, " ella dijo, "pero todos estábamos sorprendidos y complacidos de que así fuera".