Bilder der Juno-Sonde der NASA zeigen Lavaseen auf Io

Die neuen Ergebnisse liefern ein vollständigeres Bild davon, wie weit verbreitet Lavaseen auf dem Mond Io sind, und enthüllen erstmals die Mechanismen laufender vulkanischer Prozesse. Diese Ergebnisse wurden dank des von der italienischen Raumfahrtbehörde (ASI) finanzierten italienischen Instruments JIRAM (Jovian Infrarot Auroral Mapper) an Bord der Juno erzielt, das in Infrarotlicht „sieht“, das für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Die Forscher veröffentlichten einen Artikel über Junos neueste „vulkanische“ Erkenntnisse in Nature Communications Earth and Environment.

Io fasziniert die Astronomen seit 1610, als Galileo Galilei den Jupitermond entdeckte. 369 Jahre später erfasste die NASA-Sonde Voyager einen Vulkanausbruch auf dem Mond. Die nachfolgenden Galileo- und Juno-Missionen machten mehrere Beobachtungen von Io und dank dieser konnten viele weitere Details über seinen Vulkanismus entdeckt werden. Wissenschaftler glauben, dass Io, das durch die Schwerkraft der nahegelegenen Monde und des massiven Jupiter wie eine Ziehharmonika gedehnt und komprimiert wird, die vulkanisch aktivste Welt im Sonnensystem ist. Doch obwohl es viele Theorien über die Art der Vulkanausbrüche gibt, die seine Oberfläche bevölkern, gab es nur wenige Daten, die diese Aussage stützen.

Im Mai und Oktober 2023 führte Juno Vorbeiflüge an Io mit einer Nahentfernung von etwa 35.000 Kilometern bzw. 13.000 Kilometern durch. Zu diesem Zeitpunkt waren die beiden Vorbeiflüge die nächsten, die eine Sonde seit mehr als zwei Jahrzehnten am Jupitermond erreicht hatte. Zu den Juno-Instrumenten, die den faszinierenden und etwas größeren Mond als die Erde genau beobachteten, gehörte das italienische JIRAM-Instrument.

JIRAM wurde entwickelt, um Infrarotlicht aus dem tiefen Inneren des Jupiter einzufangen und die Wetterschicht bis zu 50–70 Kilometer unter den Wolkendecken des Jupiter zu untersuchen. Doch während Junos ausgedehnter Mission wurde das Instrument auch zur Untersuchung der Monde Io, Europa, Ganymed und Callisto eingesetzt. Die von JIRAM aufgenommenen Bilder von Io zeigten das Vorhandensein heller Ringe im Infrarotbereich, die zahlreichen „Hot Spots“ (wörtlich Hot Spots, d. h. Calderas, Vulkane oder Lavaströme) entsprechen.

„Die hohe räumliche Auflösung der Infrarotbilder von JIRAM in Kombination mit der günstigen Position von Juno bei Vorbeiflügen zeigte, dass die gesamte Oberfläche von Io von Lavaseen bedeckt ist, die in calderaähnlichen Strukturen (große Vertiefungen, die entstehen, wenn ein Vulkan ausbricht und zusammenbricht) enthalten sind“, sagte Alessandro Mura, ein Juno-Co-Forscher am Nationalen Institut für Astrophysik in Rom. „Wir schätzen, dass in der Region der Io-Oberfläche, wo wir die umfassendsten Daten haben, etwa 3 % von einem dieser Lavaseen bedeckt sind.“

In der Mündung der Feuerseen

Daten aus dem Io-Vorbeiflug von JIRAM verdeutlichen nicht nur die reichhaltigen Lavareserven von Io, sondern bieten auch Einblicke in das, was unter der Oberfläche passieren könnte. Infrarotbilder mehrerer Lavaseen auf Io zeigten einen extrem dünnen Lavakreis an der Grenze zwischen der zentralen Kruste (die den größten Teil des Lavasees bedeckt) und den Seewänden. Das Fehlen von Lavaströmen über den Rand des Sees hinaus deutet auf ein erhebliches Recycling des Magmas hin, was darauf hindeutet, dass ein Gleichgewicht zwischen dem, was in die Lavaseen ausbricht, und dem, was wieder in das unterirdische System injiziert wird, besteht.

„Jetzt haben wir eine Vorstellung davon, welche Art von Vulkanismus auf Io am häufigsten vorkommt: riesige Lavaseen, in denen Magma aufsteigt und fällt“, sagte Mura. „Die Lavakruste wird gezwungen, an den Seewänden zu brechen und bildet den typischen Lavaring, der in hawaiianischen Lavaseen zu sehen ist. Die Wände sind wahrscheinlich Hunderte von Metern hoch, was erklärt, warum im Allgemeinen kein Magma beobachtet wird, das aus Paterae (ein Begriff für Ios Calderas, das sind schüsselförmige Strukturen, die durch Vulkanismus entstanden sind) austritt und sich über die Mondoberfläche bewegt.

JIRAM-Daten deuten darauf hin, dass der größte Teil der Oberfläche dieser Lavaseen auf Io aus felsiger Kruste besteht, die sich aufgrund des zentralen Auf- und Abflusses von Magma als eine einzige Oberfläche auf und ab bewegt. Die Kruste, die die Seewände berührt, kann aufgrund der Reibung mit den Seewänden nicht gleiten, daher verformt sie sich und bricht schließlich – so dass die Lava direkt unter der verkrusteten Oberfläche für JIRAM sichtbar ist.

Eine alternative Hypothese bleibt gültig – der Aufstieg von Magma in der Mitte des Sees. In diesem Szenario breitet sich die isolierende Kruste (wenn auch dünn) durch Konvektionsprozesse radial in den See aus und sinkt dann an den Rändern ab, wodurch die Lava freigelegt wird.

„Wir beginnen gerade erst mit der Untersuchung der JIRAM-Ergebnisse von nahen Vorbeiflügen an Io im Dezember 2023 und Februar 2024“, sagte Scott Bolton, Juno-Hauptforscher am Southwest Research Institute in San Antonio. „Die Beobachtungen liefern faszinierende neue Informationen über die vulkanischen Prozesse auf Io. Durch die Kombination dieser neuen Erkenntnisse mit Junos langfristiger Kampagne zur Überwachung und Kartierung von Vulkanen an Ios noch nie zuvor beobachteten Nord- und Südpolen erweist sich JIRAM als eines der wertvollsten Werkzeuge, um zu verstehen, wie diese unruhige Welt funktioniert.“

Juno führte am 13. Juni seinen 62. Vorbeiflug am Jupiter durch – einschließlich eines Vorbeiflugs an Io in einer Höhe von etwa 29.250 Kilometern. Der 63. Vorbeiflug des Gasriesen ist für den 16. Juli geplant.

Informationen zur Mission

Das Jet Propulsion Laboratory der NASA, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, Kalifornien, verwaltet die Juno-Mission für den Hauptforscher Scott Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio. Juno ist Teil des New Frontiers-Programms der NASA, das im Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, für das Science Mission Directorate der Agentur in Washington verwaltet wird. Die italienische Raumfahrtbehörde (ASI) finanzierte den Jovian InfraRed Auroral Mapper. Lockheed Martin Space in Denver hat die Raumsonde gebaut und betreibt sie.

Weitere Informationen zu Juno finden Sie unter: https://www.nasa.gov/juno

Dieses Bild zeigt die Infrarotemission von Chors Patera auf Jupiters Mond Io. Es wurde durch die Kombination von Daten erstellt, die vom Jovian Infrarot Auroral Mapper (JIRAM)-Instrument während eines Vorbeiflugs am Mond am 15. Oktober 2023 gesammelt wurden.

(Bildquelle/Quelle: A. Mura / JIRAM Team)

Puʻu ʻŌʻō-Lavasee in den frühen 1990er Jahren – mit freundlicher Genehmigung von NPS/USGS.

In dieser Grafik wird der Mechanismus für die Bildung des Lavarings vorgeschlagen: Das Auf- und Absteigen des Magmas führt dazu, dass die Kruste an den Rändern des Sees bricht.
Bildquelle A. Mura

ASI-Pressestelle