La sonda Juno della NASA è stata inviata a Giove per studiare il gigante gassoso. Tuttavia, la sua missione è stata estesa, offrendole l’opportunità di esaminare la luna unica Io. Io è il corpo più attivamente vulcanico del Sistema Solare, con oltre 400 vulcani attivi. I ricercatori hanno approfittato dei sorvoli di Juno su Io per indagare come il riscaldamento mareale influisca sulla luna.
La nuova lettera di ricerca, “Osservazioni JIRAM del flusso vulcanico su Io: Distribuzione e confronto con modelli di flusso di calore mareale”, è stata pubblicata nel journal Geophysical Research Letters. Madeline Pettine, una studentessa di dottorato in astronomia presso la Cornell University, è l’autrice principale. Anche se Io è inattiva, il riscaldamento mareale che la tiene calda potrebbe contribuire alla possibilità di abitabilità in altri luoghi. “Studiare il paesaggio inospitale dei vulcani di Io ispira effettivamente la scienza a cercare la vita,” ha dichiarato Pettine. “È più facile studiare il riscaldamento mareale su un mondo vulcanico piuttosto che scrutare attraverso uno spesso strato di ghiaccio spesso chilometrici che mantiene il calore nascosto.”
Io è una delle quattro lune galileiane. Le altre tre, Callisto, Ganimede ed Europa, si sospetta abbiano oceani liquidi sotto strati ghiacciati. Se questi oceani esistono davvero, potrebbero potenzialmente sostenere la vita. Il riscaldamento mareale di Giove fornisce il calore necessario per mantenere quegli oceani caldi. Io è scientificamente preziosa perché possiamo osservare gli effetti del riscaldamento mareale sulla sua superficie.
Juno non è l’unica sonda ad aver visitato la luna di Giove, Io. Questa visione globale di Io è stata ottenuta durante la decima orbita di Giove dalla sonda Galileo della NASA. È un’immagine a colori falsati che evidenzia le differenze sulla superficie di Io. Crediti immagine: NASA. “Il riscaldamento mareale gioca un ruolo importante nel riscaldamento e nell’evoluzione orbito dei corpi celesti,” ha affermato il coautore Alex Hayes, professore di astronomia al College of Arts and Sciences della Cornell University. “Fornisce il calore necessario per formare e mantenere oceani sotterranei nelle lune attorno a pianeti giganti come Giove e Saturno.”
I vulcani di Io non sono distribuiti uniformemente sulla sua superficie. La maggior parte di essi si trova nella regione equatoriale. Tuttavia, in questo lavoro, i ricercatori hanno scoperto che i vulcani ai poli di Io potrebbero agire per regolare la temperatura interna della luna. “Sto cercando di abbinare il modello dei vulcani su Io e il flusso di calore che producono con il flusso di calore previsto dai modelli teorici,” ha dichiarato Pettine.
Giove è il pianeta più massiccio del Sistema Solare e la sua attrazione gravitazionale è seconda solo a quella del Sole. La potente gravità di Giove non solo determina l’orbita di Io, ma la deforma costringendola a deformarsi, generando calore. Questo schema semplice mostra come un pianeta possa generare riscaldamento mareale su una luna in orbita. L’allungamento e il riscaldamento sono più estremi quando la luna è al pericentro, la distanza più vicina al pianeta. Crediti immagine: Caltech. “La gravità di Giove è incredibilmente forte,” ha affermato Pettine. “Considerando le interazioni gravitazionali con le altre lune del grande pianeta, Io finisce per essere maltrattata, costantemente allungata e compressa. Con quella deformazione mareale, crea molto calore interno nella luna.”
Io non ha oceani, quindi il calore fonde la roccia, creando probabilmente un oceano di magma all’interno della luna. Quel magma risale attraverso la superficie, erompendo come vulcani e colate di lava. I gas del magma colorano la superficie della luna in toni di rosso, giallo e marrone. Per comprendere cosa sta succedendo all’interno di Io, Pettine e i suoi colleghi hanno lavorato con un’equazione matematica chiamata decomposizione armonica sferica. Questa equazione consente agli scienziati di analizzare i dati da una superficie sferica e suddividerli, rivelando modelli e caratteristiche importanti.
Ricerche precedenti hanno mostrato che la maggior parte dell’attività vulcanica di Io si trova nella sua regione equatoriale, anche se sono stati rilevati alcuni vulcani sui poli. In questo lavoro, sono stati rivelati sistemi di brillanti vulcani ad alte latitudini. “Le nostre osservazioni confermano sistemi di brillanti vulcani precedentemente rilevati ad alte latitudini,” scrivono gli autori. “Mentre la nostra mappa concorda con studi precedenti che suggeriscono che le aree a bassa e media latitudine vedono le aree di massima attività vulcanica, la nostra mappa suggerisce che i poli di Io sono comparabilmente attivi rispetto all’equatore.”
La prospettiva di questa figura mostra la vista sub-gioviana, polar-nord di Io nella colonna di sinistra e la vista anti-gioviana, polar-sud di Io nella colonna di destra. La fila superiore mostra la mappa di copertura ottenuta per JIRAM durante questo studio. La seconda fila è una mappa globale del flusso vulcanico. Il punto caldo nella regione polare nord è chiaro. Crediti immagine: Pettine et al. 2024.
Pettine e i suoi co-ricercatori hanno confrontato le loro mappe globali del flusso di calore con tre diversi modelli che tentano di spiegare cosa sta succedendo sotto la superficie di Io: il Modello del Profondità Mantellare, il Modello Asthenosferico e il Modello Oceano di Magma Globale. Il Modello del Profondità Mantellare afferma che il riscaldamento mareale mantiene una grande porzione del mantello in uno stato fuso. Il Modello Asthenosferico afferma che una minore parte del mantello è fusa e che solo l’asthenosfera è in uno stato fuso a causa del riscaldamento mareale. Questo è più simile alla Terra. Il Modello Oceano di Magma Globale è un’interpretazione più estrema dei dati e afferma che una porzione maggiore dell’interno di Io è fusa, forse estendendosi da appena sotto la superficie a profondità maggiori.
Questa figura mostra come dovrebbe apparire il flusso di calore sulla superficie di Io per tre diversi modelli interni. Crediti immagine: Pettine et al. 2024. I ricercatori hanno anche creato una mappa globale completa del flusso di calore prodotto dai punti caldi vulcanici. “Visualizzare questo flusso sia su una scala lineare che logaritmica illustra meglio il comportamento vulcanico individuale e le variazioni del flusso di calore globale, particolarmente nelle regioni a flusso più basso,” scrivono gli autori.
“Il nostro studio rileva che entrambi i poli sono comparabilmente attivi e che la distribuzione del flusso osservato è incoerente con un modello di riscaldamento asthenosferico, anche se il polo sud è osservato troppo raramente per stabilire tendenze affidabili,” spiegano gli autori. Queste mappe globali di flusso vulcanico mostrano il flusso medio in milliwatt per metro quadrato. La parte superiore è su una scala lineare, mentre quella inferiore è su una scala cromatica logaritmica. Le barre colorate e i grafici a linee accanto a ciascuna mappa mostrano il flusso medio proiettato orizzontalmente (a destra di ciascuna mappa) e il flusso medio proiettato verticalmente (sotto ciascuna mappa) per mostrare le tendenze nel flusso per latitudine e longitudine. Crediti immagine: Pettine et al. 2024.
I ricercatori affermano che le loro mappe di flusso di calore non favoriscono alcuno dei modelli. “Utilizzando la decomposizione sferica, troviamo che la distribuzione del flusso è molto più uniforme rispetto a quanto previsto da qualsiasi dei modelli,” scrivono.
Per ora, una comprensione più completa del riscaldamento mareale di Io e dell’attività vulcanica rimane elusiva. Le osservazioni JIRAM di Juno sono solo un’istantanea della luna. Su intertempi più lunghi, le mappe di calore appariranno diverse e potrebbero supportare modelli e conclusioni differenti. “Non sto risolvendo il riscaldamento mareale con questo articolo,” ha dichiarato Pettine. “Tuttavia, se pensi alle lune ghiacciate nel sistema solare esterno, altre lune come Europa di Giove, o Titano ed Encelado di Saturno, sono i luoghi dove, se troviamo vita nel sistema solare, potrebbe essere uno di quei posti.”
Una migliore comprensione del riscaldamento mareale farà più che spiegare aspetti del nostro Sistema Solare. Potrebbe aiutarci a capire le zone abitabili in altri sistemi solari e come le esolune potrebbero essere riscaldate da enormi esopianeti.
Illustrazione artistica di una grande esoluna in orbita attorno a un grande esopianeta. Anche se non abbiamo modo di osservare le esolune, quel giorno arriverà presto. Una migliore comprensione del riscaldamento mareale ci aiuterà a capire cosa vedremo. Crediti immagine: NASA/ESA/L. Hustak.
È per questo che, anche se le lune ghiacciate di Giove sono obiettivi privilegiati per l’esplorazione, con due missioni in corso per studiare Europa, Ganimede e Callisto, dobbiamo mantenere un occhio scientifico su Io. “Dobbiamo sapere come viene generato il calore,” ha affermato Pettine. “È più facile studiare il riscaldamento mareale su un mondo vulcanico piuttosto che scrutare attraverso uno spesso strato di ghiaccio che mantiene il calore coperto.”