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martedì 5 febbraio 2019

Perchè IO è pieno di vulcani?


Io è la luna più esplosiva del Sistema Solare, sulla sua superficie ci sono più di 100 vulcani attivi che ogni giorno eruttano tonnellate di lava. Perché?

Per capirlo, partiamo da un piccolo identikit.
Come molti di voi sapranno, Io è una delle quattro lune più grandi e luminose di Giove.
Con il suo diametro di 3.650 km è di poco più grande della nostra Luna.

La distanza media di Io da Giove è di circa 422.000 km, che è una distanza del tutto paragonabile a quella della Luna dalla Terra: 384.000 km.
Come la Luna con la Terra, anche Io guarda Giove sempre con la stessa faccia, e non è perfettamente sferico ma leggermente ovale: con la parte più gonfia rivolta verso Giove.

La temperatura sulla superficie di Io è di circa -130° C, ma, come vedremo più avanti, i vulcani che lo ricoprono la portano localmente fino a 1600° C !

Io è' composto da un nucleo di ferro o di solfuro di ferro, e uno strato esterno di silicato marrone che da alla sua superficie il colore con la quale lo vediamo nelle riprese ravvicinate delle sonde: arancione, giallo e nero chiazzato di bianco.

L'età di Io è di circa 4,5 miliardi di anni, il che vuol dire che ha la stessa età di Giove e che probabilmente è un residuo della formazione del gigante gassoso.
Secondo alcune simulazioni Io si formò in una regione attorno a Giove dove abbondava il ghiaccio d'acqua. Quindi inizialmente Io era pieno di acqua, evaporata a causa della sua temperatura e successivamente spazzata via dalle forti radiazioni provenienti da Giove.

Ma come dicevamo all'inizio Io ha un primato assoluto: è il corpo più vulcanicamente attivo del sistema solare.
Gli altri sono la Terra , la luna di Saturno Encelado , e la luna di Nettuno Tritone.

Le sonde ci hanno permesso di mappare circa 150 vulcani su Io, ed il numero di quelli non visti potrebbe arrivare fino a 400!.
Non male per un corpo celeste grande come la Luna.
Alcuni di questi vulcani generano delle eruzioni con getti di lava incandescente che arrivano fino a 400 km di altezza: sono eruzioni veramente significative e violente.
A volte i vulcani di Io sono talmente violenti da poter essere visti e ripresi anche dalla terra attraverso il telescopio spaziale Hubble!

Tutto questo rende la superficie di Io assolutamente inospitale, coperta da laghi magmatici e grandi flussi di lava di zolfo, che si snodano tra montagne di forma irregolare e in continuo mutamento.
E quando le eruzioni si calmano, è il momento delle esalazioni. Dalle bocche dei vulcani si alzano pennacchi di zolfo per altezze che raggiungono i 300 km.

I planetologi hanno addirittura classificato i vulcani di Io suddividendoli in diverse categorie in base ai tipi di eruzioni, alla durata, all'intensità e alla velocità di effusione della lava.

Ma veniamo al dunque: come mai Io è così vulcanico?
Sulla Terra i vulcani si trovano presso i margini delle placche tettoniche. Quando il margine di una placca si insinua sotto a quella vicina, il magma fuso presente nei moti convettivi del mantello, trova la via di fuga attraverso i vulcani.
Inoltre nella profondità della Terra, la pressione è talmente alta da mantenere ancora il magna in uno stato liquido (semi solido).
Ma su Io non ci sono placche tettoniche, la crosta è omogenea e senza continenti, ed molto piccolo, per cui dovrebbe essere geologicamente morto ed interamente solidificato.
Come mai allora è così ricco di materiale ancora fluido e di vulcani?

La risposta è nella sua posizione e nella forte eccentricità della sua orbita.
Come abbiamo detto prima Io è grande come la nostra Luna, e come la Luna si trova ad appena 422.000 km da Giove. Ma Giove, non è la Terra. Giove è grande 10 volte più della Terra, e la sua massa è più di 300 volte quella del nostro pianeta!

Riuscite ad immaginare quale forza gravitazionale debba sopportare Io per non schiantarsi su Giove, così piccolo e così vicino al gigante?
Ecco, questa forza gravitazionale alla quale sfugge ogni giorno, lo comprime e lo allunga costantemente durante la sua orbita intorno a Giove, e questo fenomeno lo riscalda talmente tanto fino a rendere liquido il suo interno!
Inoltre la sua orbita è molto eccentrica, per cui queste forze cambiano moltissimo in base alla sua posizione, di più quando è più vicino a Giove, di meno quando è più lontano.
Ciò influenza l'attività vulcanica di Io in un modo simile a quello in cui gli oceani della Terra reagiscono alla Luna con le maree.

In poche parole su Io assistiamo a delle maree fortissime, simili a quelle che abbiamo sulla terra a causa della gravità lunare.
Ma le maree di Io non si misurano in dislivelli di acqua di qualche decina di centimetri, ma si misurano in dislivelli della superficie solida di qualche centinaio di metri!
Avete capito bene, a causa della forza di Giove, la superficie di Io si alza e si abbassa in poche ore di centinaia di metri!!
Beh... avere i piedi su Io sarebbe un po come averli su un enorme tappeto volante.

A tutto ciò si somma l'influenza gravitazionale dei vicini satelliti Europa, Ganimede e Callisto, che lo "tirano" e lo "rilasciano" dalla parte opposta di Giove.
Insomma, Io non è proprio un posto privo di influenze gravitazionali!

Abbiamo quindi scoperto che la fonte di calore per il vulcanismo di Io deriva dal riscaldamento delle maree prodotto dalla sua vicinanza a Giove e agli altri tre satelliti galileiani.
E' quindi un calore diverso dal riscaldamento interno della Terra, che deriva principalmente dal decadimento radioattivo degli isotopi e dal calore primordiale ancora accumulato nel suo nucleo

L'orbita eccentrica di Io porta a una differenza nell'attrazione gravitazionale di Giove sul satellite tra i suoi punti più vicini e più lontani, causando un rigonfiamento di marea. Queste variazioni nella forma di Io provocano il riscaldamento per attrito al suo interno.
Senza questo riscaldamento, Io avrebbe potuto essere simile alla Luna, un mondo di dimensioni e massa simili, geologicamente morti e coperti da numerosi crateri da impatto.

La prossima volta che guardate splendere Giove in una buia notte senza Luna, pensate a quanti vulcani eruttano su Io e forse vi sembrerà anche di sentirne il rumore in lontananza!
E se invece anche la Luna splende nel cielo immaginate come potremmo vederla se fosse vulcanicamente attiva come Io.

E ora, una curiosità.
Come abbiamo detto poco fa, a causa dell'attività vulcanica l'atmosfera di Io contiene principalmente un gas derivato dallo zolfo (il materiale infiammabile di cui sono fatti anche i fiammiferi) chiamato biossido di zolfo.
Durante la sua orbita, Io attraversa le potenti linee di forza magnetiche di Giove diventando così un potente generatore elettrico.
E mentre Giove ruota a sua volta, il suo fortissimo campo magnetico strappano via dall'atmosfera di Io tonnellate di particelle al secondo.
Questo materiale diventa ionizzato e forma una nube di radiazione a forma di anello.
Un fenomeno molto simile ma di dimensioni esponenzialmente maggiori si verifica all'interno della nebulosa Mosca (NGC 5189)

Moltissime di queste particella vengono trascinati nell'atmosfera superiore di Giove e creano delle aurore.
Una di queste aurore è stata osservata dall'Hubble nel 2018.

Infine l'atmosfera di Io è un'atmosfera "molto flessibile"
Infatti l'involucro di gas di zolfo si congela ogni giorno mentre Io è nell'ombra glaciale di Giove, azzerando di fatto l'atmosfera.
Quando poi Io torna alla luce del sole, l'anidride solforosa congelata si trasforma di nuovo in gas volatile andando a riformare l'atmosfera.
Avete capito bene, Io ha l'atmosfera solamente sulla metà della superficie rivolta al Sole e quando non si trova nell'ombra di Giove!