Durante los últimos doce meses, la sonda espacial Juno de la NASA ha sobrevolado varias veces Ío, la más interior de las cuatro grandes lunas, a diferentes distancias durante sus órbitas alrededor del planeta gigante Júpiter (véase SuW 5/2024, p. 26). A medida que se acercaba, la sonda capturó numerosas imágenes visuales con su cámara JunoCAM. Pero también se utilizó el Mapeador de Auroras Infrarrojas Jovianas (JIRAM), cuya tarea principal es examinar las capas más profundas de la atmósfera de Júpiter, entre 50 y 70 kilómetros por debajo de la superficie de las nubes visibles. Para ello, JIRAM se utiliza para observar en el rango del infrarrojo cercano y medio.
Un equipo internacional dirigido por Alessandro Mura del Instituto Nacional de Astrofísica de Roma evaluó los datos de medición de JIRAM de sobrevuelos en mayo y octubre de 2023, cuando Juno pasó por Io a intervalos de 35.000 y 13.000 kilómetros, respectivamente. Sin embargo, el análisis de los datos de los dos sobrevuelos mucho más cercanos en diciembre de 2023 y febrero de 2024 apenas ha comenzado y aún no se ha podido incluir en la publicación de Nature Communications Earth & Environment. Sin embargo, las imágenes menos detalladas de JIRAM de sobrevuelos anteriores también proporcionan información interesante.
Enormes calderas volcánicas
Resulta que la mayor parte de la actividad volcánica en Ío se produce en cráteres de colapso volcánico llamados calderas. Los calderos (caldera en singular) toman su nombre de la palabra española que significa «caldero» y se forman cuando la corteza sobre una cámara de magma parcialmente llena colapsa bajo tierra. Este tipo de estructuras también son muy comunes en los volcanes terrestres.
En Ío, las calderas son enormes en comparación con las de la Tierra y a menudo superan los 100 kilómetros de diámetro, lo que en la Tierra sólo se alcanza en casos excepcionales (ver “Respiraderos volcánicos en Ío”). Muchas de estas calderas contienen lagos de lava caliente, coronados en el centro por una costra delgada y rígida de lava enfriada. En los bordes de las paredes de la caldera, las imágenes de JIRAM muestran zonas estrechas y calientes que rodean la lava enfriada en un anillo (ver “Calderas volcánicas de Loki y Dazhbog Patera”). Sin embargo, es significativamente más cálida que la superficie inactiva de Ío, cuya temperatura promedio ronda los -140 grados Celsius. En los anillos calientes se han registrado temperaturas de alrededor de 600 grados centígrados con JIRAM. Para las investigaciones, el grupo de Mura evaluó datos en las bandas L y M. La banda L cubre el rango espectral de 3,3 a 3,6 millonésimas de metro (micrómetros), la banda M de 4,5 a 5 micrómetros.
Respiraderos volcánicos en Ío | Las calderas Dazhbog Patera, Amaterasu Patera y Loki Patera son ejemplos típicos de centros de erupción volcánica en Ío. La imagen fue tomada por la sonda Juno de la NASA durante su órbita 57 alrededor de Júpiter en diciembre de 2023. En Dazhbog y Loki Patera se pueden ver en el infrarrojo lagos de lava, cuyos bordes están a varios cientos de grados centígrados de temperatura.
Sin embargo, una vez detectadas las temperaturas, hay que tener en cuenta que el instrumento sólo registró imágenes borrosas del evento debido a las distancias relativamente grandes de Ío. De hecho, es probable que los anillos calientes en las calderas sean significativamente más estrechos de lo que se puede determinar a partir de imágenes. Esto da como resultado un promedio entre las áreas cálidas y las áreas circundantes más frías. Las mediciones realizadas por la sonda espacial Galileo de 1995 a 2003 y por grandes telescopios terrestres indican que algunas lavas de Io tienen una temperatura de entre 1300 y 1400 grados Celsius. Por lo tanto, son significativamente más calientes que la lava más caliente de la Tierra, lo que indica que una porción significativa del manto rocoso de Ío se ha derretido. En la Tierra, estas lavas se llaman komatiitas; Ya no han ocurrido en el pasado geológico reciente de nuestro planeta porque el interior de la Tierra se ha enfriado demasiado.
Las calderas volcánicas Loki y Dazhbog Patera | El instrumento JIRAM a bordo de la nave espacial Juno cartografió los volcanes Loki (arriba) y Dazhbog Patera (abajo) en infrarrojo en dos longitudes de onda diferentes. En el extremo izquierdo se pueden ver visualmente los dos volcanes, en el extremo derecho se muestra la relación entre la banda L y la banda M, dos rangos espectrales infrarrojos. A partir de estos datos es posible estimar la temperatura de las lavas en ambos volcanes. El lago de lava en Loki tiene una temperatura de 550 Kelvin, en Dazhbog ronda los 840 Kelvin. Debido a la baja resolución espacial de los datos, éstas son sólo estimaciones aproximadas; la lava está mucho más caliente.
Aparece lava líquida en los bordes de los lagos de lava de Ío; Aparentemente se está produciendo alguna forma de reciclaje aquí, con la lava hundiéndose. Las paredes de las calderas tienen varios cientos de metros de altura, por lo que la mayor parte de la lava permanece dentro de los cráteres. Sin embargo, en Io, la sonda Galileo también observó fuentes ardientes de lava caliente y flujos de roca fundida que se extendían desde los lugares de erupción.
Dos modelos de actividad volcánica
El equipo de Mura encontró evidencia de que los niveles de lava en los cráteres están sujetos a fuertes fluctuaciones de altura y que la corteza en el centro sube y baja como un pistón, dependiendo de la entrada o salida de la lava líquida debajo. La fricción en las paredes del cráter impide que la corteza de lava brote desde el centro de los lagos de lava.
También es concebible el ascenso de lava en las zonas centrales de las calderas sobre los propios respiraderos de producción en la corteza de Io. La lava se enfría lentamente y vuelve a hundirse en los bordes de los cráteres. Al hacerlo, arrastra consigo la roca de la corteza terrestre, de modo que la lava caliente se hace visible (ver “Esquema de los lagos de lava en Ío”).
Diagrama de lagos de lava en Io | Se proponen dos modelos diferentes para las propiedades observadas de los lagos de lava de Ío: El modelo 1 (izquierda) supone un flujo de lava que se eleva a lo largo de un respiradero productor. Luego se mueve hacia los bordes de la caldera, allí se enfría y vuelve a caer. Una fina capa de lava solidificada cubre gran parte del lago. La lava líquida que se hunde derriba los bordes y hace visible la lava incandescente. La corteza de lava apenas se mueve verticalmente. El segundo modelo (derecha) describe la situación de tal manera que el nivel de lava en la caldera depende de la intensidad de la afluencia de lava desde el interior de Ío. Dependiendo de la intensidad, la lava y la corteza de lava se mueven hacia arriba y hacia abajo como un pistón; la corteza como tal no presenta ningún movimiento horizontal. La lava líquida está expuesta en el borde de la caldera.
Cuál de las dos ideas es la correcta se podrá determinar basándose en nuevos datos de las sondas espaciales JUICE (ver SuW 7/2023, p. 32 y SuW 9/2024, p. 31) y Europa Clipper, que serán en Júpiter y. a partir de 2031 explorarán sus lunas. Las dos sondas se centran principalmente en las lunas Europa, Ganímedes y Calisto, que contienen hielo; Pero con sus herramientas también se centrarán en Io. También hay planes para una sonda espacial dedicada a Io, el Io Volcano Observer, pero aún no se ha decidido.
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