В современную эпоху планетных исследований спутник Юпитера Ио, открытый Галилеем почти 400 лет назад, предстал перед нами как один из самых удивительных объектов Солнечной системы. Сначала в 60-х годах астрономы открыли, что Ио каким-то образом модулирует интенсивные всплески радиоизлучения, генерируемого Юпитером. К тому же наземные наблюдения Ио с помощью чувствительных инструментов подтвердили, что спутник отражает свет как свежевыпавший снег, но при этом он желтый, как апельсин.
Эти наблюдения поставили перед учеными ряд трудных вопросов относительно химического состава поверхности Ио. Затем в 70-х годах было обнаружено, что Ио выбрасывает в магнитосферу Юпитера (область, в которой заряженные частицы захвачены магнитным полем планеты) огромные облака ионов и нейтральных атомов. Наконец, системы Юпитера достигли космические аппараты. В 1979 г. с пролетных траекторий «Вояджера-1» и «Вояджера-2» впервые были переданы изображения Ио крупным планом.
Сегодня Ио выглядит более удивительной, чем прежде. Разогретая приливным воздействием Юпитера, Ио, по-видимому, является «рекордсменом» по вулканизму в Солнечной системе. Вулканическая активность Ио выше, чем Земли. Выбросы из огромных вулканических гейзеров достигают высоты нескольких сотен километров. На магнитосферу Юпитера воздействует вещество вулканического происхождения, покинувшего разреженную атмосферу Ио в результате какого-то еще недостаточно понятого процесса.
Именно это вещество и определяет темп радиоизлучения Юпитера и вызывает самые разнообразные явления, такие, как полярные сияния на Юпитере, а также всплески радиоизлучения самой планеты и спутников. Открытия, сделанные с помощью «Вояджеров», повлекли за собой множество новых вопросов. Поэтому результаты, описанные в этой статье, нельзя считать окончательными. Это всего лишь репортаж о продолжающихся исследованиях удивительного небесного объекта. Ио – один из регулярных спутников Юпитера.
Регулярными называют спутники, которые движутся по орбитам, близким к круговым и лежащим в плоскости экватора планеты, поэтому считается, что они образовались вместе с Юпитером в результате примерно такого же процесса, как планеты Солнечной системы. Ио находится на расстоянии 350000 км от наблюдаемой границы облаков Юпитера (примерно на таком же расстоянии от Земли находится Луна), т.е. это — ближайший к планете из четырех крупнейших спутников Юпитера, открытых Галилеем.
Ио и Европа (следующий по удаленности от планеты галилеев спутник) имеют примерно такие же размеры, как Луна, и плотность, характерную для твердых горных пород: 3,5 и 3 г/см3 соответственно. Ганимед и Каллисто — самые внешние из четырех галилеевых спутников — большего размера (примерно с Меркурий), а плотность их значительно ниже, около 2 г/см3. Очевидно, они наполовину состоят из льда, а наполовину — из скальных пород, преимущественно силикатов. Изменение плотности от внутренних галилеевых спутников к внешним часто называли гладким, но его скорее следует считать бимодальным.
Согласно расчетам, масса силикатов в Ганимеде и Каллисто примерно такая же, как полная масса Ио и Европы. Таким образом, все четыре спутника можно считать похожими, хотя внутренние спутники потеряли свои летучие вещества, главным образом воду. (Считается, что Европа покрыта льдом, но, судя по ее средней плотности, это лишь поверхностный слой, толщина которого не превышает 1/20 ее радиуса.) Такое распределение плотности галилеевых спутников обычно объясняют воздействием Юпитера на условия в его окрестностях на ранних стадиях эволюции.
Даже в современную эпоху собственное инфракрасное излучение Юпитера примерно вдвое превышает количество энергии, которое он получает от Солнца. Ясно, что он медленно остывает, а когда-то давно сам находился в светящемся состоянии. Поэтому модели ранних стадий Юпитера (в основе которых лежат физические процессы, во многом схожие с процессами в мало массивных звездах) указывают на то, что «юный» Юпитер в течение нескольких миллионов лет был важным локальным источником энергии.
Модели, разработанные Дж. Поллаком и его сотрудниками из Эймсского исследовательского центра при НАСА, предполагают, что в течение периода продолжительностью 100 млн. лет температура и давление в области, в которой лежит современная орбита Ио, определялись Юпитером, а не Солнцем. Тело, находившееся на орбите Ио в первый миллион лет указанного периода, получало бы от Юпитера больше энергии, чем Земля от Солнца в современную эпоху. Вполне вероятно, что химический состав регулярных спутников Юпитера определялся их относительной близостью к планете.