Атмосфера Ио — это чрезвычайно тонкий слой газов, окружающий третий по величине спутник Юпитера Ио . Атмосфера в основном состоит из диоксида серы ( SO2 ), а также оксида серы ( SO ), хлорида натрия ( NaCl ) и одноатомной серы и кислорода . [1] Также ожидается присутствие дикислорода .
Ио считается самым вулканически активным телом в нашей солнечной системе. Считается, что вулканизм типа Пеле является причиной наличия в атмосфере серных компонентов. Вулканические шлейфы в среднем выбрасывают в атмосферу Ио 10 4 кг SO 2 (диоксида серы) в секунду, хотя большая часть этого осаждается обратно на поверхность. Солнечный свет сублимирует этот твердый SO 2 , превращая его в газообразное состояние и создавая тонкую атмосферу. Из-за этого атмосферное давление вблизи вулканов значительно выше, примерно на 0,5–4 мПа (от 5 до 40 нбар), что примерно в 5000–40 000 раз больше, чем на ночной стороне Ио. Помимо этого, второстепенные компоненты, такие как NaCl, SO, O, также образуются другими процессами. Считается, что основным источником NaCl и KCl является вулкан. [2] Считается, что некоторые вулканические жерла выбрасывают NaCl и KCl, но мало или совсем не выбрасывают SO 2 . Распыление поверхности заряженными частицами из магнитосферы Юпитера, как полагают, является источником NaCl, SO, O и S. Они также образуются в результате прямого вулканического газовыделения. Фотодиссоциация , как полагают, является источником SO, Na, K и Cl. [ необходимо разъяснение ] Фотодиссоциация играет важную роль в атмосфере на более высоких широтах. Поскольку этот процесс чаще происходит днем, концентрация Na, как полагают, выше днем. [1] [3]
SO 2 является основным компонентом, составляющим 90% атмосферного давления. Около 3–10% составляет SO. Атмосферное давление изменяется от 0,033 до 0,3 мПа или от 0,33 до 3 нбар [ не соответствует цифрам выше ] , что наблюдается на антиюпитерском полушарии Ио и вдоль экватора, а также временно в начале дня, когда температура поверхностного инея достигает пика. На ночной стороне [ необходимо разъяснение ] SO 2 замерзает, снижая атмосферное давление до 0,1 × 10−7 до 1 × 10−7 Па (от 0,0001 до 0,001 нбар). [4] Некоторые исследования предполагают, что атмосфера ночной стороны состоит из неконденсирующихся газов, таких как атомарный O и SO. Атмосфера на стороне, обращенной от Юпитера, не только плотнее, но и простирается на больший диапазон широт, чем сторона, обращенная к Юпитеру. Плотность вертикального столба на экваторе колеблется от 1,5 × 10 16 см −2 на субъюпитерианских долготах до 15 × 10 16 см −2 на антиюпитерианских долготах. [5] На поверхности диоксид серы находится в равновесии давления пара с инеем. Температура увеличивается до 1800 К на больших высотах, где более низкая плотность атмосферы допускает нагрев от плазмы в плазменном торе Ио и от джоулева нагрева от трубки потока Ио. Дневная атмосфера в основном ограничена пределами 40° от экватора, где поверхность самая теплая и находятся самые активные вулканические шлейфы. [6] Полярное атмосферное давление составляет всего 2% от экваториального атмосферного давления. На широте около ±40° атмосферное давление будет вдвое меньше, чем на экваторе. Плотность атмосферы увеличивается по мере приближения Ио к Солнцу. [7] Чем дальше от поверхности, тем выше становится концентрация O и S 2 [ необходимо уточнение ] . Это связано с меньшей массой атомов кислорода и серы по сравнению с другими. Соотношение O/SO 2 оценивается в пределах от 10% до 20% в верхних слоях атмосферы. Эти газы существуют на расстоянии до 10 радиусов Ио.
У Ио есть натриевый хвост, похожий на натриевый хвост Луны . У Ио также есть ионосфера с плотностью 2,8 × 10 10 м −3 на высоте 80 км, что сопоставимо с ионосферами Марса и Венеры . Исследования затмений, проведенные Pioneer 10, впервые показали, что ночная ионосфера значительно менее плотная. [ необходимо разъяснение ] На основании шести затмений, проведенных зондом Galileo в 1997 году, ионосфера асимметрична: плотность плазмы меняется в зависимости от долготы. Интерпретация наблюдений предполагает, что повышенная плотность плазмы распределена в сферически симметричной связанной ионосфере с плотным нисходящим следом. В зависимости от местоположения были обнаружены пиковые плотности около 5 × 10 10 м −3 , достигая максимума около 2,5 × 10 11 м −3 в одном из затмений. Из-за своей тонкости атмосфера Ио не оказывает такого большого влияния на поверхность, за исключением перемещения льда SO 2 вокруг и расширения размера колец отложений шлейфа, когда материал шлейфа возвращается в более плотную дневную атмосферу. Каждую секунду почти тонна газов вырывается из атмосферы Ио в открытый космос из-за магнитосферы Юпитера. Из-за этого [ необходимо разъяснение ] атмосфера должна постоянно пополняться. Эти газы вращаются вокруг Юпитера вместе с Ио, создавая плазменный тор Ио .
Плотность атмосферы Ио напрямую связана с температурой поверхности. Когда Ио попадает в тень Юпитера во время затмения, температура падает. Это вызывает осаждение SO 2 и приводит к снижению атмосферного давления на 80%. [8] Это увеличивает альбедо Ио; таким образом, Ио кажется ярче, когда покрывается инеем сразу после затмения. Примерно через 15 минут яркость возвращается к норме, предположительно из-за того, что иней исчезает в результате сублимации. Постэклиптическое поярчение можно наблюдать с помощью наземных телескопов. Космический аппарат Кассини запечатлел постэклиптическое поярчение в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. [9] Дополнительные доказательства этой теории появились в 2013 году, когда обсерватория Джемини использовалась для прямого измерения коллапса атмосферы SO 2 Ио во время и ее реформирования после затмения Юпитером. [10]
На Ио происходят полярные сияния, хотя атмосфера у него чрезвычайно тонкая. В отличие от других небесных тел, где полярное сияние происходит на Северном и Южном полюсах, полярное сияние на Ио происходит вблизи экватора. Это происходит потому, что полярные сияния на других телах вызваны взаимодействием магнитосферы тела с солнечным ветром . Напротив, у Ио нет собственного магнитного поля. Вместо солнечного ветра заряженные частицы из магнитосферы Юпитера взаимодействуют с атмосферой Ио, создавая полярное сияние. [11]
Атомы натрия вызывают зеленое свечение в полярном сиянии. Здесь синее свечение, вызванное SO 2, находится ближе к поверхности, чем красное свечение, вызванное кислородом. Это происходит потому, что SO 2 тяжелее кислорода, и в результате будет более гравитационно связан с поверхностью. Из-за этого красное свечение достигает высоты 900 км (560 миль). Полярное сияние движется через Ио, поскольку оно меняет свою ориентацию относительно магнитосферы Юпитера по мере того, как оно вращается вокруг планеты.