Ученые давно задавались вопросом, как на внутренней луне Юпитера, Ио, образовались извилистые хребты, столь же великолепные, как те, что можно увидеть в таких фильмах, как «Дюна». Новое исследование показывает, как песчаные дюны могут образовываться даже на такой ледяной и активной поверхности, как Ио.
Миссия «Галилео», проводившаяся с 1989 по 2003 год, сделала так много научных открытий, что исследователи до сих пор изучают данные, которые она собирает. Эта миссия позволила создать первые подробные карты спутников Юпитера. Одним из основных выводов из этих данных была высокая степень вулканической активности на Ио. Эта луна является самым вулканически активным телом в Солнечной системе, и ее поверхность омолаживается рекордными темпами.
Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Communications, в котором изучаются физические процессы, описывающие движение песчинок (например, песчинок), в сочетании с анализом изображений, полученных в ходе 14-летней миссии НАСА «Галилео», показывает, что может существовать механизм, какие песчинки на Ио могут двигаться. Следовательно, здесь могут образовываться дюны. Это показывает, что луна Ио может быть новым «миром дюн».
Современные научные знания показывают, что дюны по своей природе представляют собой холмы или гряды песка, уносимые ветром. В результате ученые в предыдущих исследованиях, описывая поверхность Ио как дюноподобную, пришли к выводу, что гребни не могут быть дюнами, потому что сила ветра на Ио слаба из-за низкой плотности атмосферы Луны. Приняв за репрезентативное атмосферное давление на Ио 0,1 нбар, было подсчитано, что для перемещения крупинок материи на этом спутнике потребуется ветер со скоростью 20 км/с. Это величина на два порядка больше скорости реально дующих там ветров, которая составляет около 300 м/с. Эоловое происхождение этих особенностей оказалось невозможным, благоприятствовало их образованию приливными силами.
На фото: образования, которые могут быть дюнами на спутнике Юпитера Ио. Анализ показывает, что темная материя (внизу слева) — это свежие потоки лавы, а повторяющиеся, похожие на линии особенности, которые доминируют на изображении, — это, скорее всего, дюны. Яркие белые области могут быть недавно перемещенными зернами материи, поскольку текущая лава заставляет испаряться диоксид серы вблизи мороза. Источник: NASA/JPL-Caltech/Rutgers.
Однако более поздние исследования показали, что гораздо более толстые части атмосферы могут быть локально расположены вблизи вулканических жерл, и что нельзя полностью исключить эоловое происхождение наблюдаемого хребта. Упомянутые особенности дюн включают регулярное расстояние между шипами и слегка извилистая форма. Так что кажется, что среда, в которой находятся дюны, гораздо более разнообразна, чем классические бесконечные пустынные ландшафты в частях Земли или на вымышленной планете Арракис в «Дюне».
Поверхность Ио представляет собой смесь черных застывших лавовых и песчаных потоков, покрытых сернистым «снегом». Исследователи использовали математические уравнения, чтобы смоделировать силы, действующие на одну крупицу базальта или инея, и рассчитать путь, по которому она пойдет. Когда лава стекает в диоксид серы под поверхностью Луны, на поверхности образуются отверстия, через которые материал быстро дегазируется. Этот процесс позволяет частицам материи перемещаться на Ио и, возможно, позволяет формировать крупномасштабные объекты, такие как песчаные дюны.
На иллюстрации: (а) Фазовая диаграмма для диоксида серы, SO 2 , с фазовыми переходами, представленными в виде линий. Отмечены тройная точка и репрезентативная окружающая атмосфера дневной стороны на Ио. Заштрихованная рамка показывает давление, которое может оказывать твердый SO 2 , покрывающий тестовую зону. Стрелки представляют альтернативные термодинамические пути взаимодействия лавы с изморозью SO 2 . (б) Геометрия рассматриваемого взаимодействия лава-SO 2 . Все светло-серые области состоят из паров SO 2 , которые дегазируют при достижении поверхности. Источник: McDonald GD et al. (2022) .
Когда исследователи разрабатывали механизм образования дюн, они изучали изображения поверхности Ио, сделанные космическим кораблем «Галилео», для получения дополнительных доказательств. Расстояние между гребнями и отношение высоты к ширине, наблюдаемые ими, соответствовали тенденциям дюн, наблюдаемым на Земле и других планетах.
Таким образом, планетология позволяет нам углубить наше понимание Солнечной системы и всей Вселенной.
