イオの溶岩の波

溶岩湖の前をエウロパが横切ることで溶岩湖の温度分布が分かる。温度分布の変化で波の発生が分かった。以下、機械翻訳。
イオの最大の火山噴火口で見られる溶岩の波
2017年5月10日

木星のガリレオ衛星イオとエウロパの間のまれな軌道整列を利用して、研究者たちは太陽系内で最も火山活動の多い天体であるイオで最大の溶岩湖の非常に詳細な地図を得ました。

イオの前を通るエウロパ
2015年3月8日、木星の衛星エウロパがイオの前を通過し、ロキ・パテラ（左上）という明るい火山噴火口の詳細なマッピングが可能になりました。（Katherine de Kleer画像。）
2015年3月8日、エウロパはイオの前を通過し、徐々に火山の光を遮っていました。エウロパの表面は水の氷に覆われているので、赤外線の波長ではほとんど太陽光を反射せず、研究者はイオの表面上の火山から発する熱を正確に分離することができます。
赤外線データから、イオの巨大な溶融湖の表面温度は端から端まで着実に増加しており、溶岩は西から東へ約1キロメートルで掃引された2波で転覆したことが示唆された。
転覆する溶岩は、北極の神の後ろにあるロキ・パテラと呼ばれるホットスポットの定期的な明るく照らし、調光のための一般的な説明です。（パテラは鉢状の火山噴火口です）太陽系内で最も火山活動が活発なイオの最も活発な火山の場所であるロキ・パテラは約200ｋｍです。パテラの暑い地域は21,500平方キロメートルの表面積を持ち、オンタリオ湖よりも大きい。
地上の天文学者は、1970年代にイオの明るさが変わったことに初めて気付きましたが、Voyager 1と2の宇宙船が1979年に飛行したときだけ、これが表面の火山噴火によるものであることが明らかになりました。1990年代後半から2000年代にかけてNASAのGalileoミッションの詳細な画像にもかかわらず、天文学者は、400〜600日ごとに発生するロキ・パテラの輝きは、大規模な溶岩湖の溶岩の転覆によるものか、広がる溶岩が広い地域を流れる。
UCバークレー校の大学院生であり、研究の筆頭著者であるキャサリン・デ・クライヤー氏は、「ロキ・パテラが溶岩の海であれば、地球上の典型的な溶岩湖の100万倍以上の地域を網羅しています。"このシナリオでは、クールな地殻の一部が沈み、
Simulation of the two-phase resurfacing



ロキ・パテラをさまざまな速度で掃引し、南東の角に収束する2つの再生波のシミュレーション。（Katherine de Kleerのビデオ）
パセデナのジェット推進研究所（Jet Propulsion Laboratory）の共同執筆者、アシュリー・デイヴィス（Ashley Davies）は、「これはパテラ全体の最初の有用な地図です。「これは、1つではなく2つの表面波がパテラの周りを掃引していることを示しています。これはこれまで考えられていたよりずっと複雑です。

UCバークレー教授の天文学教授であるImke de Paterは、「これは15年以上にわたって観測されてきたイオの火山活動、特にロキ・パテラの火山活動を理解しようとする一歩です。

De Kleerは5月11日にNature誌に発表される新しい調査結果を報告する論文の執筆者です。

両眼望遠鏡はイオで2つの眼を映す
画像は、アリゾナ南東部の山々の双眼鏡望遠鏡天文台の8.4m双子鏡によって得られ、大気のぼけを除去する高度な適応光学系を使って干渉計としてリンクされています。この施設はツーソンのアリゾナ大学に本部を置く国際コンソーシアムによって運営されています。


ロキ・パテラを横断してそのフロアのさまざまな部分を隠すエウロパのアニメーション。下のパネルは、エウロパによって覆われている（入り口にある）、覆われていない（出ている）時の溶岩湖の赤外線強度を時間の関数として示しています。赤い曲線は、観測値に最も適したマップです。（Katherine de Kleerのビデオ）
"LBTOは、2年前に、ロキ・パテラ内の2つの別々のホットスポットの最初の地上ベースの画像を提供しました。これは、LBTのインターフェロメトリックな使用によって提供されたユニークな解像度のおかげです。 ）望遠鏡が提供するだろう」と述べた。しかし今回は、ヨーロッパの謎を解きほぐしたロキ・パテラを観察した結果、絶妙な解像度が達成された」

エウロパはロキ・パテラを完全にカバーするのに約10秒かかった。「観測点を8分の1秒の間隔でスライスすることができたので、エウロパの端がイオの表面をわずか数キロ先に進んだだけです」と、バージニア大学の共同執筆者Michael Skrutskieは述べています。この研究に使用された赤外線カメラの開発を率いたのは誰か。「ロキは一方向から覆われていたが、別のものから明らかになった。ただ、パテラ内の暖かい表面の分布の実際の地図を作るために必要だった。

これらの観測は、この波長（4.5ミクロン）でLBT干渉計で通常可能なものよりも10倍優れた10キロメートル以上の分解能を有するロキ・パテラの2次元熱マップを天文学者に与えた。温度マップは、転倒が始まったと思われる西端約270ケルビンから、逆転した溶岩が最も新しく最も熱い南東端の330ケルビンまで、湖の表面を横切る滑らかな温度変化を示した。
Kleerは、地球上の火山の研究から得られたマグマの温度と冷却速度に関する情報を使って、新しいマグマがどのくらい最近表面に露出したかを計算することができました。
興味深いことに、ボイジャーが1979年にそれを撮影して以来、そこにあった湖の中心にある涼しい島の両側で、異なる時期に逆転が始まりました。

ロキ・パテラLoki Pateraのヒートマップ
イオの溶岩湖ロキ・パテラのヒートマップ。溶岩の転覆が始まった北西部（1と2）で表面がより冷たく、熱いマグマが最近露出した南東部（3）で一番熱い方法を示しています。約3ヶ月の間に湖面全体が転覆した。Katherine de Kleerグラフィック。
「島の両側では逆転の速度も異なり、マグマの組成やマグマの泡の溶存ガス量と関係しているかもしれない」とクレー氏は語った。「マグマの供給はパテラの2つの半分に違いがあるに違いありません。逆転の開始を誘発しているものは、両者をほぼ同時に（しかし正確にはそうではありません。これらの結果は、ロキ・パテラの下で複雑な配管システムを垣間見ることができます。
ロキ・パテラのような溶岩湖は、冷却表面の地殻が基礎マグマと沈み込み帯より密度が高くなるまでゆっくりと厚くなり、地表を横切って伝播する波の近くの地殻を引っ張るので、転倒し​​ます。デ・ペーターによれば、地殻が崩壊するにつれて、マグマは、地球上の溶岩湖で見られるものに似た火の噴水として噴出するかもしれないが、より小さい規模である。


ロキ・パテラの表面の溶岩の時代
彼らの赤外線測定から、チームはロキ・パテラの表面で溶岩の年代を推測しました。最も若いのは右下にあり、観測の約75日前に最も遅く転倒しています。Katherine de Kleerグラフィック。
De Kleerとde Paterは、他のイオの掩蔽を観測することを熱望していますが、2021年の次の整合まで待たなければなりません。今のところ、Kleerは2台の望遠鏡を接続する干渉計、 2年前にその夜に計画されたように、それぞれと独特の掩蔽術が一緒になった。
「このような複雑な観測がうまくいくかどうかは確信できませんでした」と彼女は言いました。「しかし、私たちはすべて驚いて満足しています。
この論文の共同執筆者は、アリゾナ大学のスチュワード天文台のJ.ライゼンリン、P.ヒンズ、E.スパリングディング、A.バズ、 Amerst CollegeのA. Resnick、スタンフォード大学のV. Bailey、Liège大学のD.Defrère、UC Santa CruzのA. Skemer、およびミネソタ大学のCE Woodwardである。
この研究は国立科学財団の支援を受けて行われました。

関連情報
Loki Pateraのイオにおける多相火山表面改修　（自然）
Imke de Paterのウェブサイト
Katherine de Kleerのウェブサイト
大型双眼鏡望遠鏡ウェブサイト