Jupiters Vulkanmond: Eintauchen in die feurigen Rätsel von Io mit Hubble und Webb

Das Southwest Research Institute wird ein großes Projekt des Space Telescope Science Institute leiten, bei dem die Hubble- und James-Webb-Teleskope verwendet werden, um Io während begleitender Vorbeiflüge der NASA-Raumsonde Juno am Jupitermond ferngesteuert zu untersuchen. Junos bevorstehende Vorbeiflüge bieten eine hervorragende Gelegenheit, intensive in-situ-Messungen mit erdgestützter Fernerkundung zu kombinieren, um Io's vulkanischen Beitrag zur Plasmumgebung um Jupiter zu verstehen. Bildnachweis: SwRI/John Spencer

Fernerkundungsdaten werden die in-situ-Beobachtungen der Juno-Raumsonde ergänzen.

Das Space Telescope Science Institute hat kürzlich dem Southwest Research Institute (SwRI) ein großes Projekt zugesprochen, bei dem die Hubble- und James-Webb-Teleskope verwendet werden, um Io, den am stärksten vulkanisch aktiven Körper im Sonnensystem, ferngesteuert zu studieren. Die Studie wird die bevorstehenden Vorbeiflüge der Juno-Raumsonde am Jupitermond ergänzen und Einblicke in Io's Beitrag zur Plasmumgebung um Jupiter bieten. Große Hubble-Projekte fordern 75 Umläufe oder mehr; Im Rahmen dieses Projekts werden Daten während 122 Umläufen gesammelt, was der Art und Weise entspricht, wie Hubble-Teleskopzeit zugeteilt wird.

"Die zeitliche Abstimmung dieses Projekts ist entscheidend. Im nächsten Jahr wird Juno mehrmals an Io vorbeifliegen und seltene Gelegenheiten bieten, in-situ- und Fernbeobachtungen dieses komplexen Systems zu kombinieren", sagte Dr. Kurt Retherford von SwRI, der Hauptverantwortliche der Kampagne und weitgehend 4,7% der verfügbaren Hubble-Beobachtungszeit und ergänzt durch 4,8 Stunden Webb-Beobachtungszeit nutzt. "Wir hoffen, neue Erkenntnisse über Io's dramatischen Vulkanismus, Wechselwirkungen zwischen Plasma und Mond sowie die neutrale Gas- und Plasmapopulationen zu gewinnen, die durch Jupiters riesige Magnetosphäre propagieren und intensive Jovianische Auroraemissionen auslösen."

SwRI leitet eine Studie, um zu verstehen, wie Io, der vulkanischste Körper in unserem Sonnensystem, zur Plasmasphäre von Jupiter beiträgt. Das JIRAM-Instrument von Juno erfasst Bilder von Io's Hotspots, Daten, die durch Hubble- und Webb-Teleskop-Datensätze ergänzt werden. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

Io's entweichende Atmosphäre ist die dominierende Quelle für Material in der jovianischen Magnetosphäre, einer riesigen Blase geladener Teilchen, die um den Gasriesen wirbelt. Die Verbindung zwischen den Vulkanen, flüchtigen Oberflächen, Atmosphäre und magnetosphärischer Wechselwirkung mit Io's erweiterten neutralen Wolken, dem Io-Plasma-Torus (IPT) und der Ionosphäre Jupiters lässt sich jedoch schwer quantifizieren und verstehen.

"Die Kopplungen zwischen zeitvariablen Prozessen sind entscheidend für das umfassende Verständnis des Jupiter-Systems", sagte Dr. Fran Bagenal, der Mitverantwortliche des Projekts von der University of Colorado in Boulder. "Wie viel Schwefel wird von Io auf die Oberfläche von Europa transportiert? Wie vergleichen sich aurorale Merkmale auf Io mit der Aurora auf der Erde - den Nordlichtern - und Jupiter?"

Io, der innerste große Mond von Jupiter, liefert den Großteil der geladenen Teilchen in der Magnetosphäre des Planeten. Der IPT ist eine donutförmige Wolke von Ionen und Elektronen, die Jupiter umgibt und entsteht, wenn aus Io entweichende atmosphärische Gase ionisiert werden. Elektronen kollidieren mit den Ionen und absorbieren Energie aus den Zusammenstößen, die sie als ultraviolettes Licht freisetzen, das von Teleskopen erfasst werden kann.

"Die meisten dieser Materialien entkommen tatsächlich nicht direkt aus den Vulkanen, sondern sind mit der Sublimation von Schwefeldioxidfrost von Io's sonniger Oberfläche verbunden", sagte Dr. Katherine de Kleer vom Caltech, eine weitere Co-Investigatorin mit Fachkenntnissen in der Analyse von James-Webb-Daten. "Die Wechselwirkung zwischen Io's Atmosphäre und dem umgebenden Plasma stellt den Fluchtmechanismus für Gase dar, die von der gefrorenen Oberfläche des Mondes freigesetzt werden."

Die Hauptmission von Juno untersuchte das Innere, die Magnetosphäre und die Aurora von Jupiter, während ihre erweiterte Mission Vorbeiflüge an den galileischen Monden umfasst. Junos Io-Vorbeiflüge am 30. Dezember 2023 und am 1. Februar 2024 sind besonders nahe. Einige weitere entfernte Vorbeiflüge werden stattfinden, wobei das Ereignis am 20. September 2024 von Hubble und Webb beobachtet werden kann. Während die Missionen Europa Clipper und Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) für 2029-2031 geplant sind, fliegen beide dieser Missionen nicht an Io vorbei. Eine weitere Möglichkeit für diese Art von Forschung wäre erst in den 2030er Jahren möglich gewesen.

"Seit einer Reihe von Galileo-Raumsonden-Vorbeiflügen in den Jahren 1999-2000, die von Hubble mit einer fruchtbaren 30-Umlauf-Kampagne unterstützt wurden, war die Chance für einen ganzheitlichen Ansatz für Io-Untersuchungen nicht mehr verfügbar", sagte Retherford. "Die Kombination aus Junos intensiven in situ-Messungen und unseren ferngesteuerten Beobachtungen wird zweifellos unser Verständnis von Io's Rolle bei der Steuerung gekoppelter Phänomene im Jupiter-System vorantreiben."