IO (VỆ TINH): ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN, QUỸ ĐẠO, CHUYỂN ĐỘNG, CẤU TRÚC - ARTE - 2025

Io là một phần của bốn vệ tinh Galilean (Io, Europa, Ganymede, Callisto) được đặt tên như vậy vì chúng được phát hiện vào năm 1610 bởi Galileo Galilei bằng một kính viễn vọng thô sơ do chính ông chế tạo.

Nó là vệ tinh lớn thứ ba trong số các vệ tinh Galilê và trong số 75 vệ tinh còn lại của Sao Mộc. Theo bán kính quỹ đạo, nó là vệ tinh thứ năm và là vệ tinh đầu tiên của người Galilê. Tên của nó bắt nguồn từ thần thoại Hy Lạp, trong đó Io là một trong nhiều thiếu nữ được thần Zeus, hay còn gọi là Jupiter trong thần thoại La Mã, đem lòng yêu.

Hình 1. Io là một phần của bốn vệ tinh được Galileo Galilei phát hiện vào năm 1610 và trong bốn vệ tinh đó là gần hành tinh nhất. (wikimedia commons).

Io là một phần ba đường kính của Trái đất và bằng kích thước của vệ tinh của chúng tôi Mặt trăng. So với các vệ tinh khác trong hệ mặt trời, Io đứng thứ 5 về kích thước, trước Mặt trăng.

Bề mặt Io có những dãy núi nổi bật giữa vùng đồng bằng rộng lớn. Không có miệng hố va chạm nào được quan sát thấy, điều này cho thấy chúng đã bị xóa sổ bởi hoạt động địa chất và núi lửa lớn, được coi là lớn nhất trong hệ mặt trời. Núi lửa của nó tạo ra những đám mây hợp chất lưu huỳnh cao 500 km so với bề mặt của nó.

Có hàng trăm ngọn núi trên bề mặt của nó, một số ngọn núi cao hơn cả đỉnh Everest, được hình thành do núi lửa dữ dội của vệ tinh.

Việc phát hiện ra Io vào năm 1610 và các vệ tinh khác của Galilean đã thay đổi quan điểm về vị trí của chúng ta trong vũ trụ, vì vào thời điểm đó chúng ta được coi là trung tâm của mọi thứ.

Bằng cách khám phá ra "các thế giới khác", như Galileo gọi các vệ tinh quay quanh Sao Mộc, ý tưởng do Copernicus đề xuất, rằng hành tinh của chúng ta quay quanh Mặt trời trở nên khả thi hơn và có thể sờ thấy được.

Nhờ Io, phép đo đầu tiên về tốc độ ánh sáng được thực hiện bởi nhà thiên văn Đan Mạch Ole Christensen Rømer vào năm 1676. Ông nhận ra rằng thời gian của nguyệt thực Io bởi Sao Mộc ngắn hơn 22 phút khi Trái đất ở gần Sao Mộc hơn khi nó ở điểm xa nhất.

Đó là khoảng thời gian để ánh sáng đi theo đường kính quỹ đạo của Trái đất, từ đó Rømer ước tính tốc độ ánh sáng là 225.000 km / s, thấp hơn 25% so với giá trị được chấp nhận hiện nay.

Đặc điểm chung của Io

Vào thời điểm sứ mệnh Voyager tiếp cận hệ thống Jovian, họ đã tìm thấy tám ngọn núi lửa đang phun trào trên Io, và sứ mệnh Galileo, trong khi không thể đến quá gần vệ tinh, đã mang lại những hình ảnh có độ phân giải tuyệt vời về các núi lửa. Không dưới 100 ngọn núi lửa phun trào đã phát hiện ra tàu thăm dò này.

Hình 2. Bề mặt của Io cho thấy các đồng bằng rộng lớn và nhiều núi lửa, với màu sắc trung thực được chụp bởi tàu thăm dò Galileo. Nguồn: NASA.

Các đặc điểm vật lý chính của Io là:

-Đường kính của nó là 3.643,2 km.

-Khối lượng: 8,94 x 10 ²² kg.

- Mật độ trung bình 3,55 g / cm ³ .

-Nhiệt độ bề mặt: (ºC): -143 đến -168

- Gia tốc trọng trường trên bề mặt của nó là 1,81 m / s ² hoặc 0,185g.

- Thời gian quay: 1ngày 18h 27,6m

- Thời gian dịch: 1ngày 18h 27,6m

- Khí quyển bao gồm 100% lưu huỳnh đioxit (SO2).

Tóm tắt các đặc điểm chính của Io

Thành phần

Đặc điểm nổi bật nhất của Io là màu vàng của nó, đó là do lưu huỳnh lắng đọng trên bề mặt núi lửa. Vì lý do này, mặc dù các tác động do thiên thạch bị hút bởi Sao Mộc khổng lồ là thường xuyên, chúng nhanh chóng bị xóa bỏ.

Bazan được cho là có nhiều trong vệ tinh, như mọi khi, có màu vàng bởi lưu huỳnh.

Các silicat nóng chảy có nhiều trong lớp phủ (xem bên dưới để biết chi tiết về cấu trúc bên trong), trong khi lớp vỏ được cấu tạo bởi lưu huỳnh đông đặc và lưu huỳnh đioxit.

Io là vệ tinh dày đặc nhất trong hệ mặt trời (3,53 g / cc) và có thể so sánh với các hành tinh đá. Đá silicat của lớp phủ bao quanh một lõi bằng sắt sunfua nóng chảy.

Cuối cùng, bầu khí quyển của Io được tạo thành gần như 100% là sulfur dioxide.

Không khí

Các phân tích quang phổ cho thấy một bầu khí quyển mỏng chứa lưu huỳnh đioxit. Mặc dù hàng trăm ngọn núi lửa đang hoạt động phun ra hàng tấn khí mỗi giây, vệ tinh không thể giữ lại chúng do trọng lực thấp và tốc độ thoát của vệ tinh cũng không cao lắm.

Ngoài ra, các nguyên tử bị ion hóa rời khỏi vùng lân cận của Io bị giữ lại bởi từ trường của Sao Mộc, tạo thành một loại bánh rán trên quỹ đạo của nó. Chính các ion lưu huỳnh này đã tạo ra vệ tinh nhỏ bé và gần đó là Amalthea, có quỹ đạo nằm dưới quỹ đạo của Io, có màu hơi đỏ.

Áp suất của khí quyển mỏng và loãng rất thấp và nhiệt độ của nó dưới -140ºC.

Bề mặt của Io là thù địch với con người, do nhiệt độ thấp, bầu khí quyển độc hại và bức xạ khổng lồ, vì vệ tinh nằm trong vành đai bức xạ của Sao Mộc.

Bầu không khí của Io mờ dần và bốc cháy

Do chuyển động theo quỹ đạo của Io, có thời điểm vệ tinh ngừng nhận ánh sáng của Mặt trời, kể từ khi sao Mộc che khuất nó. Khoảng thời gian này kéo dài 2 giờ và đúng như dự đoán, nhiệt độ giảm xuống.

Thật vậy, khi Io đối mặt với Mặt trời, nhiệt độ của nó là -143 ºC, nhưng khi nó bị che khuất bởi Sao Mộc khổng lồ, nhiệt độ của nó có thể giảm xuống -168 ºC.

Trong quá trình nguyệt thực, bầu khí quyển mỏng của vệ tinh ngưng tụ trên bề mặt, tạo thành băng sulfur dioxide và biến mất hoàn toàn.

Sau đó, khi nguyệt thực kết thúc và nhiệt độ bắt đầu tăng lên, lưu huỳnh đioxit ngưng tụ bay hơi và bầu khí quyển loãng của Io trở lại. Đây là kết luận được đưa ra vào năm 2016 bởi một nhóm NASA.

Do đó, bầu khí quyển của Io không được hình thành bởi khí từ núi lửa, mà là do sự thăng hoa của băng trên bề mặt của nó.

Chuyển động dịch

Io thực hiện một vòng quay hoàn toàn xung quanh Sao Mộc trong 1,7 ngày Trái đất và mỗi vòng quay của vệ tinh này bị che khuất bởi hành tinh chủ của nó, trong khoảng thời gian 2 giờ.

Do lực thủy triều rất lớn, quỹ đạo của Io phải là hình tròn, tuy nhiên đây không phải là trường hợp do tương tác với các mặt trăng Galilê khác, mà chúng đang cộng hưởng quỹ đạo.

Khi Io tròn 4 tuổi, Europa bước sang tuổi thứ 2 và Ganymede 1. Hiện tượng kỳ lạ có thể được nhìn thấy trong hình ảnh động sau:

Hình 3. Cộng hưởng quỹ đạo của Io và các vệ tinh chị em của nó: Ganymede và Europa. Nguồn: Wikimedia Commons.

Sự tương tác này làm cho quỹ đạo của vệ tinh có độ lệch tâm nhất định, tính bằng 0,0041.

Bán kính quỹ đạo nhỏ nhất (vành đai hoặc điểm cận nhật) của Io là 420.000 km, trong khi bán kính quỹ đạo lớn nhất (apoaster hoặc điểm cận nhật) là 423.400 km, cho bán kính quỹ đạo trung bình là 421.600 km.

Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái đất 0,040 °.

Io được coi là vệ tinh gần sao Mộc nhất, nhưng trên thực tế còn có 4 vệ tinh nữa bên dưới quỹ đạo của nó, mặc dù cực kỳ nhỏ.

Trên thực tế, Io lớn hơn 23 lần so với vệ tinh lớn nhất trong số những vệ tinh nhỏ này, có lẽ là những thiên thạch bị mắc kẹt trong lực hấp dẫn của Sao Mộc.

Tên của các mặt trăng nhỏ, theo thứ tự gần với hành tinh chủ của chúng là: Metis, Adrastea, Amalthea và Thebe.

Sau quỹ đạo của Io, vệ tinh tiếp theo là vệ tinh Galilean: Europa.

Mặc dù rất gần với Io, nhưng châu Âu hoàn toàn khác nhau về thành phần và cấu trúc. Điều này được cho là như vậy vì sự khác biệt nhỏ về bán kính quỹ đạo (249 nghìn km) làm cho lực thủy triều trên Europa ít hơn đáng kể.

Quỹ đạo của Io và từ quyển của sao Mộc

Các núi lửa trên Io thổi các nguyên tử lưu huỳnh ion hóa vào không gian bị giữ lại bởi từ trường của Sao Mộc, tạo thành một bánh rán dẫn plasma khớp với quỹ đạo của vệ tinh.

Chính từ trường của sao Mộc mang vật chất bị ion hóa từ bầu khí quyển mỏng của Io.

Hiện tượng tạo ra một dòng điện 3 triệu ampe làm tăng cường từ trường vốn đã rất mạnh của Sao Mộc lên hơn gấp đôi giá trị mà nó sẽ có nếu không có Io.

Chuyển động quay

Chu kỳ quay quanh trục của chính nó trùng với chu kỳ quỹ đạo của vệ tinh, là chu kỳ do lực thủy triều mà sao Mộc tác dụng lên Io, giá trị của nó là 1 ngày, 18 giờ và 27,6 giây.

Độ nghiêng của trục quay không đáng kể.

Cơ cấu nội bộ

Vì mật độ trung bình của nó là 3,5 g / cm ^{3, nên} kết luận rằng cấu trúc bên trong của vệ tinh là đá. Phân tích quang phổ của Io không cho thấy sự hiện diện của nước, vì vậy sự tồn tại của băng là khó xảy ra.

Theo tính toán dựa trên dữ liệu thu thập được, vệ tinh này được cho là có một lõi nhỏ bằng sắt hoặc sắt trộn với lưu huỳnh.

Tiếp theo là lớp phủ đá sâu và nóng chảy một phần, và lớp vỏ đá mỏng.

Bề mặt có màu sắc của một chiếc bánh pizza kém chất lượng: đỏ, vàng nhạt, nâu và cam.

Lớp vỏ ban đầu được cho là lưu huỳnh, nhưng các phép đo hồng ngoại cho thấy núi lửa phun ra dung nham ở 1500ºC, cho thấy nó không chỉ bao gồm lưu huỳnh (sôi ở 550ºC) mà còn có đá nóng chảy.

Một bằng chứng khác về sự hiện diện của đá là sự tồn tại của một số ngọn núi có độ cao trùng với đỉnh Everest. Chỉ riêng lưu huỳnh sẽ không đủ sức để giải thích những sự hình thành này.

Cấu trúc bên trong của Io theo mô hình lý thuyết được tóm tắt trong hình minh họa sau:

Hình 4. Cấu trúc của Io. Nguồn: Wikimedia Commons.

Địa chất Io

Hoạt động địa chất của một hành tinh hoặc vệ tinh được thúc đẩy bởi nhiệt bên trong của nó. Và ví dụ điển hình nhất là Io, vệ tinh trong cùng của sao Mộc.

Khối lượng khổng lồ của hành tinh chủ của nó là sức hút lớn đối với các thiên thạch, giống như thiên thạch được Shoemaker-Levy 9 nhớ đến vào năm 1994, tuy nhiên Io không cho thấy các hố va chạm và nguyên nhân là do hoạt động núi lửa dữ dội đã xóa sổ chúng.

Io có hơn 150 núi lửa đang hoạt động phun ra lượng tro bụi đủ để chôn vùi các miệng hố va chạm. Núi lửa Io dữ dội hơn nhiều so với núi lửa của Trái đất và là núi lửa lớn nhất trong toàn bộ hệ mặt trời.

Điều làm tăng cường sự phun trào của núi lửa Io là lưu huỳnh hòa tan trong magma, khi nó giải phóng áp suất của nó sẽ đẩy magma, ném tro và khí lên cao 500 m.

Tro quay trở lại bề mặt của vệ tinh, tạo ra nhiều lớp mảnh vụn xung quanh núi lửa.

Các khu vực màu trắng được quan sát trên bề mặt của Io do lưu huỳnh điôxít đóng băng. Trong các kẽ hở của đứt gãy, dung nham nóng chảy chảy và nổ tung lên trên.

Hình 5. Trình tự do tàu thăm dò New Horizons chụp, cho thấy một núi lửa phun trào trên bề mặt Io. Nguồn: NASA.

Năng lượng của Io đến từ đâu?

Với việc Io lớn hơn một chút so với Mặt trăng, nơi lạnh giá và chết về mặt địa chất, người ta tự hỏi năng lượng của vệ tinh Jovian nhỏ này đến từ đâu.

Nó không thể là nhiệt còn lại của quá trình hình thành, vì Io không đủ lớn để giữ lại nó. Nó cũng không phải là sự phân rã phóng xạ bên trong nó, vì trên thực tế, năng lượng do núi lửa tiêu tán dễ dàng tăng gấp ba lần nhiệt bức xạ mà một vật thể có kích thước như vậy phát ra.

Nguồn năng lượng của Io là lực thủy triều, do lực hấp dẫn cực lớn của Sao Mộc và do ở gần nó.

Lực này lớn đến mức bề mặt của vệ tinh lên xuống 100 m. Ma sát giữa các tảng đá là thứ tạo ra nhiệt lượng khổng lồ này, chắc chắn lớn hơn nhiều so với lực thủy triều trên cạn, lực này chỉ di chuyển bề mặt rắn của lục địa vài cm.

Ma sát cực lớn do lực thủy triều khổng lồ gây ra trên Io khiến nhiệt lượng đủ để làm tan chảy các lớp sâu. Lưu huỳnh điôxít bốc hơi, tạo ra áp suất đủ để magma do núi lửa phun ra làm nguội và bao phủ bề mặt.

Hiệu ứng thủy triều giảm theo khối lập phương của khoảng cách đến tâm thu hút, vì vậy hiệu ứng này ít quan trọng hơn ở các vệ tinh xa Sao Mộc, nơi địa chất bị chi phối bởi các tác động của thiên thạch.

Người giới thiệu

1. 20 phút. (2016) Việc quan sát nhật thực ở Io tiết lộ bí mật của nó. Phục hồi từ: 20minutos.es
2. Kutner, M. (2010) Thiên văn học: Một góc nhìn vật lý. Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
3. Hạt giống và Backman. (2011). Hệ mặt trời. Học tập Cengage.
4. Wikipedia. Io (vệ tinh). Được phục hồi từ: es. wikipedia.com
5. Wikipedia. Các vệ tinh của sao Mộc. Được phục hồi từ: es. wikipedia.com
6. Wikipedia. Vệ tinh Galilean. Khôi phục từ: wikipedia.com