"C'est un pas en avant pour essayer de comprendre le volcanisme sur Io, que nous observons depuis plus de 15 ans, et en particulier l'activité volcanique de Loki Patera, " dit Imke de Pater, un professeur d'astronomie de l'UC Berkeley.

De Kleer est l'auteur principal d'un article relatant les nouvelles découvertes qui seront publiées le 11 mai dans la revue La nature .

Le télescope binoculaire tourne deux yeux sur Io

Les images ont été obtenues par les miroirs jumeaux de 8,4 mètres (27,6 pieds) du Large Binocular Telescope Observatory dans les montagnes du sud-est de l'Arizona, reliés entre eux comme un interféromètre utilisant une optique adaptative avancée pour éliminer le flou atmosphérique. L'installation est exploitée par un consortium international dont le siège est à l'Université de l'Arizona à Tucson.

« Deux ans plus tôt, le LBTO avait fourni les premières images au sol de deux points chauds distincts au sein de Loki Patera, grâce à la résolution unique offerte par l'utilisation interférométrique du LBT, ce qui équivaut à ce que fournirait un télescope de 23 mètres (75 pieds), » a noté Christian Veillet, co-auteur et directeur du LBTO. « Cette fois, cependant, l'exquise résolution a été obtenue grâce à l'observation de Loki Patera lors d'une occultation par Europe."

Europa a mis environ 10 secondes pour couvrir complètement Loki Patera. "Il y avait tellement de lumière infrarouge disponible que nous pouvions découper les observations en intervalles d'un huitième de seconde au cours desquels le bord d'Europe n'avançait que de quelques kilomètres à travers la surface d'Io, " a déclaré le co-auteur Michael Skrutskie, de l'Université de Virginie, qui a dirigé le développement de la caméra infrarouge utilisée pour cette étude. "Loki était couvert d'une direction mais révélé d'une autre, juste l'arrangement nécessaire pour faire une vraie carte de la distribution de la surface chaude au sein de la patère."

Ces observations ont donné aux astronomes une carte thermique bidimensionnelle de Loki Patera avec une résolution meilleure que 10 kilomètres (6,25 miles), 10 fois mieux que normalement possible avec l'interféromètre LBT à cette longueur d'onde (4,5 microns). La carte de température a révélé une variation de température régulière à la surface du lac, d'environ 270 Kelvin à l'extrémité ouest, où le renversement semblait avoir commencé, à 330 Kelvin à l'extrémité sud-est, où la lave renversée était la plus fraîche et la plus chaude.

En utilisant des informations sur la température et la vitesse de refroidissement du magma dérivées d'études sur les volcans sur Terre, de Kleer a pu calculer depuis combien de temps un nouveau magma avait été exposé à la surface. Les résultats - entre 180 et 230 jours avant les observations à l'extrémité ouest et 75 jours avant à l'est - concordent avec les données antérieures sur la vitesse et le moment du renversement.

De façon intéressante, le renversement a commencé à des moments différents des deux côtés d'une île fraîche au centre du lac qui est là depuis que Voyager l'a photographié en 1979.

"La vitesse de renversement est également différente des deux côtés de l'île, qui peut avoir quelque chose à voir avec la composition du magma ou la quantité de gaz dissous dans les bulles dans le magma, " dit de Kleer. " Il doit y avoir des différences dans l'apport de magma aux deux moitiés de la patère, et tout ce qui déclenche le début du renversement parvient à déclencher les deux moitiés presque en même temps mais pas exactement. Ces résultats nous donnent un aperçu du système de plomberie complexe sous Loki Patera."

Les lacs de lave comme Loki Patera se renversent parce que la croûte de surface de refroidissement s'épaissit lentement jusqu'à ce qu'elle devienne plus dense que le magma sous-jacent et coule, tirant la croûte voisine avec elle dans une vague qui se propage à travers la surface. Selon de Pater, à mesure que la croûte se brise, le magma peut jaillir comme des fontaines de feu, semblable à ce qui a été vu dans les lacs de lave sur Terre, mais à plus petite échelle.

De Kleer et de Pater sont impatients d'observer d'autres occultations d'Io pour vérifier leurs découvertes, mais ils devront attendre le prochain alignement en 2021. Pour l'instant, de Kleer est heureux que l'interféromètre reliant les deux télescopes, l'optique adaptative sur chacun et l'occultation unique se sont réunies comme prévu cette nuit-là il y a deux ans.

"Nous n'étions pas sûrs qu'une observation aussi complexe allait fonctionner, " elle a dit, "mais nous avons tous été surpris et heureux que cela se soit produit."