Des centaines de volcans ponctuent la surface d'Io, la troisième plus grande des 78 lunes connues de Jupiter, et le seul corps de notre système solaire autre que la Terre où un volcanisme généralisé peut être observé. La source de la chaleur interne de la Lune est radicalement différente de celle de la Terre, faisant de la lune un système unique pour étudier le volcanisme.

Une nouvelle étude dans la revue AGU Lettres de recherche géophysique trouve le plus puissant de Io, volcan persistant, Loki Patera, s'éclaire sur une échelle de temps similaire aux légères perturbations de l'orbite d'Io causées par les autres lunes de Jupiter, qui se répètent sur un cycle d'environ 500 jours terrestres.

Les nouveaux résultats sont surprenants car les volcans sur Io n'entrent pas en éruption à temps avec des fluctuations plus importantes des contraintes beaucoup plus importantes infligées à Io pendant l'orbite de la lune de 1,77 jour terrestre autour de Jupiter. La friction interne due à ces contraintes génère la chaleur qui alimente les volcans d'Io, mais les contraintes fluctuantes pendant la courte période de l'orbite de Io ne semblent pas presser le magma à la surface.

La nouvelle étude, qui a analysé 271 nuits d'observations de Loki Patera à partir des télescopes Keck et Gemini North d'Hawaï de 2013 à 2018, et des observations plus sporadiques remontant à 1987, suggère le plus doux, Un cycle de 500 jours peut agir sur la bonne échelle de temps pour déplacer le magma et l'amener à la surface de la lune lors d'une éruption.

"Les contraintes sur l'intérieur d'Io varient beaucoup au cours de cette orbite de 1,77 jour, " dit Katherine de Kleer, un scientifique planétaire au California Institute of Technology et l'auteur principal de la nouvelle étude. "Pour autant que quelqu'un ait pu le dire, il n'y a pas de variation dans les volcans d'Io sur cette échelle de 1,77 jour, il est donc un peu contre-intuitif de voir une réponse sur une période plus longue, lorsque les changements de stress sont plus faibles."

Comprendre cette dynamique peut fournir des indices sur l'intérieur mystérieux d'Io ainsi que sur les intérieurs d'autres corps du système solaire réchauffés par une force de gravité fluctuante, un effet appelé réchauffement des marées.

"Nous ne savons presque rien de ce à quoi ressemblent les chambres magmatiques et les conduits d'Io, donc le comportement de Loki Patera nous donne une petite fenêtre sur une zone où nous n'avons actuellement aucune information, " dit de Kleer.

Danse de la lune

Io a un intérieur chaud car son orbite serrée autour de Jupiter n'est pas circulaire. La lune est bloquée sur une orbite excentrique car elle résonne avec les plus grosses lunes de Jupiter, Europa et Ganymède voisins, pris entre leur influence et la gravité massive de Jupiter.

L'orbite d'Europe autour de Jupiter est deux fois plus longue que celle d'Io, et l'orbite de Ganymède est deux fois plus longue que celle d'Europe. Ce rythme 1:2:4 signifie que l'attraction de la gravité des deux autres lunes se répète de manière cohérente lorsque Io orbite autour de Jupiter.

La distance de Io à Jupiter change au cours de son orbite elliptique, il subit donc une quantité différente de la gravité de Jupiter lorsqu'il fait le tour de la planète massive. L'attraction changeante de Jupiter et des autres lunes étire et comprime Io sur son orbite de deux jours autour de Jupiter. Cela génère suffisamment de chaleur par friction à l'intérieur des matériaux de l'intérieur de la lune pour faire fondre la roche en magma.

Les chercheurs qui étudient les plus de 400 volcans d'Io ont cherché des preuves qu'ils entrent en éruption sur le même rythme. Une telle fluctuation avec l'orbite quotidienne se produit sur la lune de Saturne Encelade, qui a un océan souterrain qui jaillit à travers les fissures de la surface gelée de la lune. Les geysers d'eau sur Encelade fleurissent le plus lorsque la lune est à son point le plus éloigné de Saturne et que les fractures à l'origine des geysers sont en train de s'ouvrir.

Mais la nouvelle étude n'a pas trouvé de preuves que Loki Patera garde le même temps que l'orbite de deux jours d'Io autour de Jupiter. Au lieu, sa luminosité semble fluctuer à une échelle de temps similaire aux perturbations subtiles de l'orbite d'Io.

Bien que la résonance orbitale avec Europe et Ganymède exerce les effets de marée les plus importants sur Io, les lunes voisines déforment également légèrement la forme de l'orbite d'Io en cycles d'une durée de 480 à 484 jours et de 461 à 464 jours. Loki Patera semble entrer en éruption sur un cycle similaire à cette période, selon la nouvelle étude.

Débit lent

De Kleer et ses collègues pensent que les différentes dynamiques sur Io et Encelade pourraient être liées à la façon dont les fluides se déplacent à travers les pores ou les fissures de la roche. Le magma ressemble plus à du miel ou du dentifrice qu'à de l'eau. Il ne réagit pas aussi rapidement que l'eau à la compression. La période de l'orbite de Io peut être trop courte pour que les effets de marée à l'intérieur de la lune éclatent à la surface.

"Le magma dans la croûte d'Io met du temps à couler, " dit Francis Nimmo, géophysicien à l'Université de Californie à Santa Cruz et co-auteur du nouvel article. "Si vous pressez et étirez la croûte rapidement, Rien ne se passe; mais si vous le serrez et l'étirez plus lentement, le magma a le temps de se déplacer assez loin pour remplir un conduit volcanique, provoquant une éruption. C'est similaire à la façon dont vous pouvez courir sur du sable mouillé, mais si vous marchez lentement, vos pieds coulent."

Ce que les scientifiques apprennent sur les effets du réchauffement des marées en étudiant Io pourrait s'appliquer à Europe et à d'autres corps du système solaire qui sont chauffés par les marées, selon les auteurs de la nouvelle étude.

"Sur d'autres mondes, il est plus difficile d'étudier ce processus planétaire fondamental car il ne génère pas ces volcans si faciles à observer, " a déclaré de Kleer. " Io sert de laboratoire pour mieux comprendre ce processus qui peut ensuite être appliqué à d'autres lunes du système solaire. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.