Nya radiobilder från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) visar för första gången den direkta effekten av vulkanisk aktivitet på atmosfären av Jupiters måne Io.

Io är den mest vulkaniskt aktiva månen i vårt solsystem. Det är värd för mer än 400 aktiva vulkaner, spyr ut svavelgaser som ger Io dess gul-vit-orange-röda färger när de fryser ut på dess yta.

Även om den är extremt tunn – ungefär en miljard gånger tunnare än jordens atmosfär – har Io en atmosfär som kan lära oss om Ios vulkaniska aktivitet och ge oss ett fönster in i den exotiska månens inre och vad som händer under dess färgglada skorpa.

Tidigare forskning har visat att Ios atmosfär domineras av svaveldioxidgas, slutligen kommer från vulkanisk aktivitet. "Dock, det är inte känt vilken process som driver dynamiken i Ios atmosfär, " sa Imke de Pater vid University of California, Berkeley. "Är det vulkanisk aktivitet, eller gas som har sublimerats (övergått från fast till gasformigt tillstånd) från den isiga ytan när Io är i solljus?"

För att skilja mellan de olika processer som ger upphov till Ios atmosfär, ett team av astronomer använde ALMA för att göra ögonblicksbilder av månen när den passerade in och ut ur Jupiters skugga (de kallar detta en "förmörkelse").

"När Io passerar in i Jupiters skugga, och är borta från direkt solljus, det är för kallt för svaveldioxidgas, och det kondenserar på Ios yta. Under den tiden kan vi bara se svaveldioxid från vulkaniskt ursprung. Vi kan därför se exakt hur mycket av atmosfären som påverkas av vulkanisk aktivitet, " förklarade Statia Luszcz-Cook från Columbia University, New York.

Tack vare ALMAs utsökta upplösning och känslighet, astronomerna kunde, för första gången, tydligt se plymer av svaveldioxid (SO2) och svavelmonoxid (SO) stiga upp från vulkanerna. Baserat på ögonblicksbilderna, de beräknade att aktiva vulkaner direkt producerar 30-50 procent av Ios atmosfär.

ALMA-bilderna visade också en tredje gas som kom ut från vulkaner:kaliumklorid (KCl). "Vi ser KCl i vulkaniska regioner där vi inte ser SO2 eller SO, ", sa Luszcz-Cook. "Detta är starka bevis på att magma-reservoarerna är olika under olika vulkaner."

Io är vulkaniskt aktiv på grund av en process som kallas tidvattenuppvärmning. Io kretsar kring Jupiter i en bana som inte är helt cirkulär och, som vår måne alltid är vänd mot samma sida av jorden, så vänder sig alltid samma sida av Io mot Jupiter. Gravitationskraften från Jupiters andra månar Europa och Ganymedes orsakar enorma mängder inre friktion och värme, ger upphov till vulkaner som Loki Patera, som sträcker sig över 200 kilometer (124 miles) i diameter. "Genom att studera Ios atmosfär och vulkaniska aktivitet lär vi oss mer om inte bara vulkanerna själva, men också tidvattenuppvärmningsprocessen och Ios inre, " tillade Luszcz-Cook.

En stor okänd är fortfarande temperaturen i Ios lägre atmosfär. I framtida forskning, astronomerna hoppas kunna mäta detta med ALMA. "För att mäta temperaturen i Ios atmosfär, vi behöver få en högre upplösning i våra observationer, vilket kräver att vi observerar månen under en längre tid. Vi kan bara göra detta när Io är i solljus eftersom den inte tillbringar mycket tid i förmörkelse, sade de Pater. Under en sådan observation, Io kommer att rotera tiotals grader. Vi kommer att behöva använda programvara som hjälper oss att göra bilder som inte är utsmetade. Vi har gjort detta tidigare med radiobilder av Jupiter gjorda med ALMA och Very Large Array (VLA)."