IO (ดาวเทียม): ลักษณะองค์ประกอบวงโคจรการเคลื่อนไหวโครงสร้าง - ARTE - 2026

ไอโอเป็นส่วนหนึ่งของดาวเทียมกาลิเลโอสี่ดวง (ไอโอยูโรปาแกนีมีดคาลลิสโต) ซึ่งได้รับการตั้งชื่อนี้เนื่องจากกาลิเลโอกาลิเลอีค้นพบในปี 1610 ด้วยกล้องโทรทรรศน์พื้นฐานที่เขาสร้างขึ้นเอง

เป็นดาวเทียมที่ใหญ่เป็นอันดับสามของดาวเทียมกาลิเลียนและจากดาวเทียมอีก 75 ดวงที่เหลือ ตามลำดับของรัศมีวงโคจรเป็นดาวเทียมดวงที่ 5 และดวงแรกของกาลิลี ชื่อของมันมาจากเทพนิยายกรีกซึ่งไอโอเป็นหนึ่งในสาวใช้หลายคนที่เทพเจ้าซุสหรือที่เรียกว่าจูปิเตอร์ในเทพนิยายโรมันตกหลุมรัก

รูปที่ 1 ไอโอเป็นส่วนหนึ่งของดาวเทียมสี่ดวงที่กาลิเลโอกาลิเลอีค้นพบในปี 1610 และในจำนวน 4 ดวงนั้นอยู่ใกล้โลกมากที่สุด (วิกิมีเดียคอมมอนส์).

ไอโอมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งในสามของโลกและขนาดของดวงจันทร์บริวารของเรา เมื่อเทียบกับดาวเทียมดวงอื่น ๆ ในระบบสุริยะไอโอมีขนาดเป็นอันดับที่ 5 นำหน้าด้วยดวงจันทร์

พื้นผิวของไอโอมีแนวภูเขาที่โดดเด่นจากที่ราบอันกว้างใหญ่ ไม่มีการสังเกตหลุมอุกกาบาตที่ส่งผลกระทบซึ่งบ่งชี้ว่าพวกเขาถูกลบไปแล้วโดยกิจกรรมทางธรณีวิทยาและภูเขาไฟที่ถือว่าใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ ภูเขาไฟของมันก่อให้เกิดกลุ่มเมฆของสารประกอบกำมะถันที่สูงขึ้น 500 กม. เหนือพื้นผิว

มีภูเขาหลายร้อยแห่งบนพื้นผิวบางแห่งสูงกว่ายอดเขาเอเวอเรสต์ซึ่งก่อตัวขึ้นเนื่องจากภูเขาไฟที่รุนแรงของดาวเทียม

การค้นพบไอโอในปี 1610 และดาวเทียมกาลิเลียนอื่น ๆ เปลี่ยนมุมมองของตำแหน่งของเราในจักรวาลเนื่องจากในเวลานั้นเราคิดว่าเป็นศูนย์กลางของทุกสิ่ง

ด้วยการค้นพบ "โลกอื่น" ตามที่กาลิเลโอเรียกดาวเทียมที่โคจรรอบดาวพฤหัสบดีแนวคิดนี้เสนอโดยโคเปอร์นิคัสว่าโลกของเราโคจรรอบดวงอาทิตย์มีความเป็นไปได้และชัดเจนมากขึ้น

ต้องขอบคุณไอโอการวัดความเร็วแสงครั้งแรกโดยนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Ole Christensen Rømerในปี 1676 เขาตระหนักว่าระยะเวลาของคราสของไอโอโดยดาวพฤหัสบดีสั้นกว่า 22 นาทีเมื่อโลกอยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีมากกว่า เมื่อมันมาถึงจุดที่ไกลที่สุด

นั่นคือเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางตามเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของโลกจากที่นั่นRømerประมาณ 225,000 กม. / วินาทีสำหรับความเร็วแสงซึ่งน้อยกว่าค่าที่ยอมรับในปัจจุบัน 25%

ลักษณะทั่วไปของไอโอ

เมื่อภารกิจยานโวเอเจอร์เข้าใกล้ระบบ Jovian พบภูเขาไฟที่ปะทุ 8 แห่งบนไอโอและภารกิจกาลิเลโอในขณะที่ไม่สามารถเข้าใกล้ดาวเทียมมากเกินไปทำให้ได้ภาพความละเอียดที่ยอดเยี่ยมของภูเขาไฟ ตรวจพบภูเขาไฟที่ปะทุไม่น้อยกว่า 100 แห่ง

รูปที่ 2 พื้นผิวของไอโอแสดงที่ราบกว้างขวางและภูเขาไฟที่อุดมสมบูรณ์ด้วยสีจริงที่ถ่ายโดยยานสำรวจกาลิเลโอ ที่มา: NASA

ลักษณะทางกายภาพที่สำคัญของไอโอคือ:

- เส้นผ่านศูนย์กลาง 3,643.2 กม.

- มวล: 8.94 x 10 ²²กก.

- ความหนาแน่นเฉลี่ย 3.55 ก. / ซม. ³ .

- อุณหภูมิพื้นผิว: (ºC): -143 ถึง -168

- ความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวคือ 1.81 m / s ²หรือ 0.185g

- ระยะเวลาการหมุน: 1d 18h ​​27.6m

- ระยะเวลาแปล: 1d 18h ​​27.6m

- บรรยากาศประกอบด้วยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ 100% (SO2)

สรุปลักษณะสำคัญของไอโอ

ส่วนประกอบ

ลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของไอโอคือสีเหลืองซึ่งเกิดจากกำมะถันที่สะสมอยู่บนพื้นผิวภูเขาไฟเป็นหลัก ด้วยเหตุนี้แม้ว่าผลกระทบจากอุกกาบาตที่ดาวพฤหัสบดียักษ์ดึงดูดจะเกิดขึ้นบ่อยครั้ง แต่ก็ถูกลบออกไปอย่างรวดเร็ว

เชื่อกันว่าหินบะซอลต์มีอยู่มากในดาวเทียมเช่นเคยมีสีเหลืองจากกำมะถัน

ซิลิเกตหลอมเหลวมีอยู่มากในเสื้อคลุม (ดูรายละเอียดโครงสร้างภายในด้านล่าง) ในขณะที่เปลือกประกอบด้วยกำมะถันแช่แข็งและซัลเฟอร์ไดออกไซด์

ไอโอเป็นดาวเทียมที่หนาแน่นที่สุดในระบบสุริยะ (3.53 กรัม / ซีซี) และเทียบได้กับดาวเคราะห์หิน หินซิลิเกตของแมนเทิลล้อมรอบแกนของเหล็กซัลไฟด์หลอมเหลว

ในที่สุดบรรยากาศของไอโอประกอบด้วยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เกือบ 100%

บรรยากาศ

การวิเคราะห์สเปกตรัมเผยให้เห็นบรรยากาศบาง ๆ ของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ แม้ว่าภูเขาไฟที่ยังปะทุอยู่หลายร้อยลูกจะพ่นก๊าซออกมาเป็นตันต่อวินาที แต่ดาวเทียมก็ไม่สามารถกักเก็บไว้ได้เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่ต่ำและความเร็วในการหลบหนีของดาวเทียมก็ไม่สูงมากเช่นกัน

นอกจากนี้อะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนที่ออกจากบริเวณใกล้เคียงของ Io จะถูกกักไว้โดยสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีทำให้เกิดเป็นโดนัทชนิดหนึ่งบนวงโคจรของมัน เป็นไอออนของกำมะถันเหล่านี้ที่ให้ Amalthea ดาวเทียมขนาดเล็กและใกล้เคียงซึ่งมีวงโคจรอยู่ต่ำกว่าของ Io ซึ่งมีสีแดง

ความดันของชั้นบรรยากาศเบาบางต่ำมากและอุณหภูมิต่ำกว่า-140ºC

พื้นผิวของไอโอเป็นศัตรูกับมนุษย์เนื่องจากอุณหภูมิต่ำบรรยากาศที่เป็นพิษและรังสีมหาศาลเนื่องจากดาวเทียมอยู่ในแถบรังสีของดาวพฤหัสบดี

บรรยากาศของอิโอจางหายและจุดไฟ

เนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงโคจรของไอโอจึงมีช่วงเวลาที่ดาวเทียมหยุดรับแสงของดวงอาทิตย์เนื่องจากดาวพฤหัสบดีจะบดบังดวงอาทิตย์ ช่วงนี้กินเวลา 2 ชั่วโมงและอุณหภูมิจะลดลงตามคาด

อันที่จริงเมื่อไอโอหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์อุณหภูมิของมันจะอยู่ที่ -143 ºC แต่เมื่อมันถูกบดบังด้วยดาวพฤหัสบดีขนาดมหึมาอุณหภูมิของมันจะลดลงถึง -168 ºC

ในระหว่างการเกิดคราสชั้นบรรยากาศบาง ๆ ของดาวเทียมจะควบแน่นบนพื้นผิวกลายเป็นน้ำแข็งซัลเฟอร์ไดออกไซด์และหายไปอย่างสมบูรณ์

จากนั้นเมื่อสุริยุปราคาสิ้นสุดลงและอุณหภูมิเริ่มสูงขึ้นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ควบแน่นจะระเหยและบรรยากาศบาง ๆ ของไอโอจะกลับคืนมา นี่คือข้อสรุปที่บรรลุในปี 2559 โดยทีมงาน NASA

ดังนั้นบรรยากาศของไอโอจึงไม่ได้เกิดจากก๊าซจากภูเขาไฟ แต่เกิดจากการระเหิดของน้ำแข็งบนพื้นผิวของมัน

การเคลื่อนไหวของการแปล

ไอโอทำการปฏิวัติรอบดาวพฤหัสบดีโดยสมบูรณ์ใน 1.7 วันโลกและแต่ละรอบของดาวเทียมจะถูกบดบังโดยดาวเคราะห์เจ้าบ้านเป็นระยะเวลา 2 ชั่วโมง

เนื่องจากแรงคลื่นมหาศาลวงโคจรของไอโอจึงควรเป็นวงกลมอย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่กรณีที่เกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กับดวงจันทร์ของกาลิลีอื่นซึ่งอยู่ในการสั่นพ้องของวงโคจร

เมื่อไอโออายุครบ 4 ขวบยูโรปาเปลี่ยนเป็น 2 และแกนีมีด 1 ปรากฏการณ์ที่น่าสงสัยสามารถเห็นได้ในแอนิเมชั่นต่อไปนี้:

รูปที่ 3 การสั่นพ้องของวงโคจรของไอโอและดาวเทียมในเครือ: แกนีมีดและยูโรปา ที่มา: Wikimedia Commons

ปฏิสัมพันธ์นี้ทำให้วงโคจรของดาวเทียมมีความเยื้องศูนย์โดยคำนวณที่ 0.0041

รัศมีวงโคจรที่เล็กที่สุด (periastrum หรือ perihelion) ของ Io คือ 420,000 กม. ในขณะที่รัศมีวงโคจรที่ใหญ่ที่สุด (apoaster หรือ aphelion) คือ 423,400 กม. โดยให้รัศมีวงโคจรเฉลี่ย 421,600 กม.

ระนาบวงโคจรเอียงเมื่อเทียบกับระนาบการโคจรของโลก 0.040 °

ไอโอถือเป็นดาวเทียมที่อยู่ใกล้ดาวพฤหัสบดีมากที่สุด แต่ในความเป็นจริงยังมีดาวเทียมอีกสี่ดวงที่อยู่ใต้วงโคจรของมันแม้ว่าจะมีขนาดเล็กมากก็ตาม

ในความเป็นจริงไอโอมีขนาดใหญ่กว่าดาวเทียมขนาดเล็กที่ใหญ่ที่สุดถึง 23 เท่าซึ่งน่าจะเป็นอุกกาบาตที่ติดอยู่ในแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดี

ชื่อของดวงจันทร์เล็ก ๆ ตามลำดับความใกล้เคียงกับดาวเคราะห์เจ้าบ้าน ได้แก่ : Metis, Adrastea, Amalthea และ Thebe

หลังจากวงโคจรของ Io แล้วดาวเทียมดวงถัดไปคือกาลิเลียนดวงหนึ่ง: ยูโรปา

แม้จะอยู่ใกล้กับไอโอมาก แต่ยุโรปก็มีองค์ประกอบและโครงสร้างที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง เชื่อกันว่าเป็นเช่นนั้นเพราะความแตกต่างเล็กน้อยของรัศมีวงโคจร (249,000 กม.) ทำให้แรงคลื่นบนยูโรปาน้อยกว่ามาก

วงโคจรของไอโอและสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดี

ภูเขาไฟบนไอโอจะระเบิดอะตอมของกำมะถันที่แตกตัวเป็นไอออนสู่อวกาศซึ่งถูกกักไว้โดยสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีกลายเป็นโดนัทตัวนำพลาสมาที่ตรงกับวงโคจรของดาวเทียม

มันเป็นสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีที่นำพาวัสดุที่แตกตัวเป็นไอออนจากชั้นบรรยากาศบาง ๆ ของไอโอ

ปรากฏการณ์ดังกล่าวสร้างกระแส 3 ล้านแอมแปร์ซึ่งจะทำให้สนามแม่เหล็กที่ทรงพลังอยู่แล้วของดาวพฤหัสบดีทวีความรุนแรงมากขึ้นกว่าสองเท่าหากไม่มีไอโอ

การเคลื่อนที่แบบหมุน

คาบการหมุนรอบแกนของตัวเองตรงกับคาบการโคจรของดาวเทียมซึ่งเกิดจากแรงยักษ์ที่ดาวพฤหัสบดีกระทำต่อไอโอซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 วัน 18 ชั่วโมง 27.6 วินาที

ความเอียงของแกนหมุนมีค่าเล็กน้อย

โครงสร้างภายใน

เนื่องจากมีความหนาแน่นเฉลี่ย 3.5 g / cm ^{3 จึง}สรุปได้ว่าโครงสร้างภายในของดาวเทียมเป็นหิน การวิเคราะห์สเปกตรัมของไอโอไม่ได้เปิดเผยการมีอยู่ของน้ำดังนั้นการมีอยู่ของน้ำแข็งจึงไม่น่าเป็นไปได้

จากการคำนวณตามข้อมูลที่รวบรวมได้เชื่อกันว่าดาวเทียมมีแกนเหล็กหรือเหล็กขนาดเล็กผสมกับกำมะถัน

ตามมาด้วยเสื้อคลุมหินที่ลึกและหลอมละลายบางส่วนและเปลือกหินบาง ๆ

พื้นผิวมีสีของพิซซ่าที่ทำมาไม่ดี: สีแดงสีเหลืองอ่อนสีน้ำตาลและสีส้ม

เดิมทีเปลือกโลกถูกคิดว่าเป็นกำมะถัน แต่การวัดด้วยอินฟราเรดพบว่าภูเขาไฟปะทุลาวาที่ 1500 ,C ซึ่งแสดงว่าไม่เพียงประกอบด้วยกำมะถัน (ซึ่งเดือดที่550ºC) แล้วยังมีหินหลอมเหลวด้วย

หลักฐานอีกประการหนึ่งของการปรากฏตัวของหินคือการมีอยู่ของภูเขาบางลูกที่มีความสูงซึ่งซ้ำกับยอดเขาเอเวอเรสต์ กำมะถันเพียงอย่างเดียวคงไม่สามารถอธิบายการก่อตัวเหล่านี้ได้

โครงสร้างภายในของไอโอตามแบบจำลองทางทฤษฎีสรุปได้ในภาพประกอบต่อไปนี้:

รูปที่ 4. โครงสร้างของไอโอ ที่มา: Wikimedia Commons

ธรณีวิทยาของไอโอ

กิจกรรมทางธรณีวิทยาของดาวเคราะห์หรือดาวเทียมถูกขับเคลื่อนโดยความร้อนภายใน และตัวอย่างที่ดีที่สุดคือไอโอซึ่งเป็นดาวเทียมด้านในสุดของดาวพฤหัสบดี

มวลมหาศาลของดาวเคราะห์เจ้าภาพเป็นตัวดึงดูดอุกกาบาตที่ยอดเยี่ยมเช่นเดียวกับ Shoemaker-Levy 9 ที่จำได้ในปี 1994 อย่างไรก็ตามไอโอไม่แสดงหลุมอุกกาบาตที่ส่งผลกระทบและเหตุผลก็คือการระเบิดของภูเขาไฟที่รุนแรงจะลบล้างพวกมัน

ไอโอมีภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่มากกว่า 150 ลูกซึ่งพ่นเถ้าถ่านออกมามากพอที่จะฝังหลุมอุกกาบาต ภูเขาไฟของไอโอนั้นรุนแรงกว่าของโลกมากและมีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะทั้งหมด

สิ่งที่ช่วยเพิ่มการปะทุของภูเขาไฟไอโอคือกำมะถันที่ละลายในหินหนืดซึ่งเมื่อความดันถูกปลดปล่อยออกมาจะขับหินหนืดทิ้งเถ้าถ่านและก๊าซสูงถึง 500 ม.

เถ้าจะกลับสู่พื้นผิวของดาวเทียมทำให้เกิดเศษซากต่างๆรอบภูเขาไฟ

สังเกตเห็นบริเวณสีขาวบนพื้นผิวของไอโอเนื่องจากซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่แข็งตัว ในรอยแยกของความผิดลาวาหลอมเหลวจะไหลและระเบิดขึ้น

รูปที่ 5. ลำดับที่ถ่ายโดยยานสำรวจ New Horizons ซึ่งแสดงให้เห็นภูเขาไฟที่ปะทุอยู่บนพื้นผิวของไอโอ ที่มา: NASA

พลังงานของไอโอมาจากไหน?

เนื่องจากไอโอมีขนาดใหญ่กว่าดวงจันทร์เล็กน้อยซึ่งเย็นและตายทางธรณีวิทยาสิ่งหนึ่งจึงสงสัยว่าพลังงานของดาวเทียม Jovian ขนาดเล็กนี้มาจากไหน

มันไม่สามารถเป็นความร้อนที่เหลืออยู่ของการก่อตัวได้เนื่องจากไอโอมีขนาดไม่ใหญ่พอที่จะกักเก็บเอาไว้ และไม่ใช่การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีภายในเนื่องจากในความเป็นจริงแล้วพลังงานที่ระเบิดออกมาจากภูเขาไฟของมันจะทำให้รังสีความร้อนที่ร่างกายมีขนาดดังกล่าวเล็ดลอดออกมาเป็นสามเท่าได้อย่างง่ายดาย

แหล่งพลังงานของไอโอคือแรงคลื่นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงอันยิ่งใหญ่ของดาวพฤหัสบดีและเนื่องจากอยู่ใกล้กับมัน

แรงนี้ยิ่งใหญ่มากจนพื้นผิวของดาวเทียมสูงขึ้นและตกลงไป 100 ม. แรงเสียดทานระหว่างหินเป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดความร้อนมหาศาลนี้แน่นอนว่ายิ่งใหญ่กว่าแรงของกระแสน้ำบนบกซึ่งแทบจะไม่ทำให้พื้นผิวที่เป็นของแข็งของทวีปเคลื่อนตัวได้ไม่กี่เซนติเมตร

แรงเสียดทานมหาศาลที่เกิดจากแรงยักษ์บนไอโอทำให้เกิดความร้อนเพียงพอที่จะสร้างขึ้นเพื่อหลอมละลายชั้นลึก ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์กลายเป็นไอทำให้เกิดแรงดันเพียงพอสำหรับหินหนืดที่ภูเขาไฟพ่นออกมาเพื่อทำให้เย็นลงและปกคลุมพื้นผิว

ผลกระทบของน้ำขึ้นน้ำลงจะลดลงเมื่อลูกบาศก์ของระยะทางไปยังจุดศูนย์กลางของแรงดึงดูดดังนั้นผลกระทบนี้จึงมีความสำคัญน้อยกว่าในดาวเทียมที่อยู่ไกลจากดาวพฤหัสบดีซึ่งธรณีวิทยาถูกครอบงำโดยผลกระทบของอุกกาบาต

อ้างอิง

1. 20 นาที. (2016) การสังเกตคราสในไอโอเผยความลับ กู้คืนจาก: 20minutos.es
2. Kutner, M. (2010) ดาราศาสตร์: มุมมองทางกายภาพ. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
3. เมล็ดพันธุ์และแบ็คแมน (2554). ระบบสุริยะ. การเรียนรู้ Cengage
4. วิกิพีเดีย ไอโอ (ดาวเทียม). กู้คืนจาก: es. wikipedia.com
5. วิกิพีเดีย ดาวพฤหัสบดีบริวาร กู้คืนจาก: es. wikipedia.com
6. วิกิพีเดีย ดาวเทียมกาลิเลียน สืบค้นจาก: wikipedia.com