IO (القمر الصناعي): الخصائص والتكوين والمدار والحركة والبنية - آرتي - 2025

آيو هو جزء من أربعة أقمار غاليليو (آيو ، يوروبا ، جانيميد ، كاليستو) سميت بهذا الاسم لأنها اكتشفها جاليليو جاليلي عام 1610 باستخدام تلسكوب بدائي صنعه بنفسه.

وهو ثالث أكبر أقمار جاليليو من بين 75 قمرا صناعيا لكوكب المشتري المتبقية. بترتيب نصف القطر المداري ، إنه القمر الصناعي الخامس والأول من قمر الجليل. يأتي اسمها من الميثولوجيا اليونانية ، حيث كان آيو واحدة من العديد من العذارى الذين وقع معهم الإله زيوس ، المعروف أيضًا باسم كوكب المشتري في الأساطير الرومانية.

الشكل 1. آيو هو جزء من أربعة أقمار صناعية اكتشفها جاليليو جاليلي عام 1610 ومن بين الأربعة أقمار فهو الأقرب إلى الكوكب. (مشاعات ويكيميديا).

آيو هو ثلث قطر الأرض وحجم القمر الصناعي لدينا تقريبًا. بالمقارنة مع الأقمار الصناعية الأخرى في النظام الشمسي ، يحتل آيو المرتبة الخامسة من حيث الحجم ، يسبقه القمر.

يحتوي سطح آيو على سلاسل جبلية تبرز من السهول الشاسعة. لم تُلاحظ أي فوهات أثرية ، مما يشير إلى أنها قد محيت بسبب نشاطها الجيولوجي والبركاني الكبير ، الذي يُعتبر الأكبر على الإطلاق في النظام الشمسي. تنتج براكينه غيومًا من مركبات الكبريت التي ترتفع 500 كم فوق سطحها.

هناك مئات الجبال على سطحه ، بعضها أعلى من جبل إيفرست ، والتي تشكلت بسبب البراكين الشديدة للقمر الصناعي.

أدى اكتشاف Io في عام 1610 والأقمار الصناعية الجليلية الأخرى إلى تغيير منظور مكانتنا في الكون ، حيث كان يُعتقد في ذلك الوقت أننا مركز كل شيء.

من خلال اكتشاف "عوالم أخرى" ، كما أطلق جاليليو على الأقمار الصناعية التي تدور حول كوكب المشتري ، أصبحت الفكرة التي اقترحها كوبرنيكوس بأن كوكبنا يدور حول الشمس أكثر جدوى وملمسًا.

بفضل Io ، تم إجراء القياس الأول لسرعة الضوء بواسطة عالم الفلك الدنماركي Ole Christensen Rømer في عام 1676. وأدرك أن مدة خسوف Io بواسطة كوكب المشتري كانت أقصر بـ 22 دقيقة عندما كانت الأرض أقرب إلى المشتري منها. عندما كانت في أبعد نقطة.

كان هذا هو الوقت الذي يستغرقه الضوء في السفر عبر القطر المداري للأرض ، ومن هناك يقدر رومر بـ 225000 كم / ثانية لسرعة الضوء ، أي أقل بنسبة 25٪ من القيمة المقبولة حاليًا.

الخصائص العامة لآيو

بحلول الوقت الذي اقتربت فيه مهمة Voyager من نظام Jovian ، وجدت ثمانية براكين متفجرة على Io ، وفي حين لم تتمكن مهمة Galileo من الاقتراب جدًا من القمر الصناعي ، فقد عرضت صورًا بدقة ممتازة للبراكين. اكتشف ما لا يقل عن 100 بركان ثوراني هذا المسبار.

الشكل 2. سطح آيو يظهر السهول الواسعة والبراكين الوفيرة ، بألوان حقيقية تم تصويرها بواسطة مسبار غاليليو. المصدر: وكالة ناسا.

الخصائص الفيزيائية الرئيسية لـ Io هي:

- قطرها 3،643.2 كم.

الكتلة: 8.94 × 10 ²² كجم.

- متوسط ​​الكثافة 3.55 جم / سم ³.

-درجة حرارة السطح: (C): -143 إلى -168

- تسارع الجاذبية على سطحه هو 1.81 م / ث ² أو 0.185 جم.

-فترة الدوران: 1 يوم و 18 ساعة و 27.6 دقيقة

-فترة الترجمة: 1 يوم و 18 ساعة و 27.6 دقيقة

- الغلاف الجوي مكون من 100٪ ثاني أكسيد الكبريت (SO2).

ملخص الخصائص الرئيسية لآيو

تكوين

أكثر ما يميز Io هو لونه الأصفر ، والذي يرجع إلى الكبريت المترسب على السطح البركاني بشكل أساسي. لهذا السبب ، على الرغم من أن التأثيرات الناتجة عن النيازك التي يجذبها المشتري العملاق متكررة ، إلا أنها تمحى بسرعة.

يُعتقد أن البازلت موجود بكثرة في القمر الصناعي ، كما هو الحال دائمًا ، يلون الأصفر بالكبريت.

تتواجد السيليكات المنصهرة بكثرة في الوشاح (انظر أدناه للحصول على تفاصيل الهيكل الداخلي) ، بينما تتكون القشرة من الكبريت المجمد وثاني أكسيد الكبريت.

Io هو أكثر الأقمار الصناعية كثافة في المجموعة الشمسية (3.53 جم / سم مكعب) ويمكن مقارنته بالكواكب الصخرية. تحيط صخرة السيليكات الموجودة في الوشاح بنواة من كبريتيد الحديد المنصهر.

أخيرًا ، يتكون غلاف Io من حوالي 100٪ من ثاني أكسيد الكبريت.

الغلاف الجوي

تكشف التحليلات الطيفية عن جو رقيق من ثاني أكسيد الكبريت. على الرغم من أن مئات البراكين النشطة تنفث طنًا من الغازات في الثانية ، لا يمكن للقمر الصناعي الاحتفاظ بها بسبب الجاذبية المنخفضة وسرعة هروب القمر الصناعي ليست عالية جدًا أيضًا.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الذرات المتأينة التي تترك محيط أيو محاصرة بالمجال المغناطيسي لكوكب المشتري ، وتشكل نوعًا من الكعك في مداره. هذه الأيونات الكبريتية هي التي تعطي القمر الصناعي الصغير والقريب أمالثيا ، الذي يكون مداره أقل من مدار أيو ، اللون المحمر.

يكون ضغط الغلاف الجوي الرقيق والرقيق منخفضًا جدًا ودرجة حرارته أقل من -140 درجة مئوية.

سطح آيو معاد للبشر ، بسبب درجات الحرارة المنخفضة ، والغلاف الجوي السام ، والإشعاع الهائل ، حيث أن القمر الصناعي يقع داخل أحزمة الإشعاع الخاصة بكوكب المشتري.

جو آيو يتلاشى ويشتعل

بسبب الحركة المدارية لـ Io ، هناك وقت يتوقف فيه القمر الصناعي عن استقبال ضوء الشمس ، لأن كوكب المشتري يخفيه. تستمر هذه الفترة ساعتين وكما هو متوقع تنخفض درجة الحرارة.

في الواقع ، عندما يواجه آيو الشمس ، تكون درجة حرارته -143 درجة مئوية ، ولكن عندما يخسره كوكب المشتري العملاق ، يمكن أن تنخفض درجة حرارته إلى -168 درجة مئوية.

أثناء الكسوف ، يتكثف الغلاف الجوي الرقيق للقمر الصناعي على السطح مكونًا جليد ثاني أكسيد الكبريت ويختفي تمامًا.

ثم ، عندما يتوقف الكسوف وتبدأ درجة الحرارة في الارتفاع ، يتبخر ثاني أكسيد الكبريت المكثف ويعود الغلاف الجوي الرقيق لـ Io. هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه فريق ناسا في عام 2016.

وهكذا ، فإن جو آيو لا يتكون من غازات من البراكين ، ولكن من خلال تسامي الجليد على سطحه.

حركة الترجمة

يقوم Io بعمل ثورة كاملة حول كوكب المشتري في 1.7 يومًا من أيام الأرض ، ويخسر كل دوران للقمر الصناعي الكوكب المضيف ، لمدة ساعتين.

نظرًا لقوة المد والجزر الهائلة ، يجب أن يكون مدار Io دائريًا ، ولكن هذا ليس هو الحال بسبب التفاعل مع أقمار غاليليو الأخرى ، التي تكون في صدى مداري.

عندما يبلغ Io 4 سنوات ، يبلغ Europa 2 و Ganymede 1. يمكن رؤية الظاهرة الغريبة في الرسوم المتحركة التالية:

الشكل 3. الرنين المداري للأقمار الصناعية Io والأقمار الصناعية الشقيقة لها: Ganymede و Europa. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

يتسبب هذا التفاعل في أن يكون لمدار القمر الصناعي انحراف معين ، محسوب عند 0.0041.

أصغر نصف قطر مداري (محيط الحضيض أو الحضيض) لـ Io هو 420.000 كم ، بينما أكبر نصف قطر مداري (apoaster أو aphelion) هو 423.400 كم ، مما يعطي نصف قطر مداري متوسط ​​421.600 كم.

يميل المستوى المداري بالنسبة للمستوى المداري للأرض بمقدار 0.040 درجة.

يعتبر Io أقرب قمر صناعي إلى كوكب المشتري ، ولكن في الواقع هناك أربعة أقمار صناعية أخرى أسفل مداره ، وإن كانت صغيرة للغاية.

في الواقع ، Io أكبر بـ 23 مرة من أكبر هذه الأقمار الصناعية الصغيرة ، والتي ربما تكون نيازكًا محاصرة في جاذبية المشتري.

أسماء الأقمار الصغيرة بترتيب القرب من الكوكب المضيف هي: Metis و Adrastea و Amalthea و Thebe.

بعد مدار Io ، يكون القمر الصناعي التالي هو القمر الصناعي الجليل: Europa.

على الرغم من قربها الشديد من Io ، إلا أن أوروبا مختلفة تمامًا في التركيب والهيكل. يُعتقد أن هذا صحيح لأن هذا الاختلاف الصغير في نصف القطر المداري (249 ألف كم) يجعل قوة المد والجزر على أوروبا أقل بكثير.

مدار آيو والغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري

تقوم البراكين الموجودة على Io بنفخ ذرات الكبريت المتأينة في الفضاء المحاصر بواسطة المجال المغناطيسي للمشتري ، مكونة دونات موصل البلازما الذي يطابق مدار القمر الصناعي.

إنه المجال المغناطيسي الخاص بالمشتري الذي يحمل المادة المتأينة من الغلاف الجوي الرقيق لآيو.

تخلق هذه الظاهرة تيارًا يبلغ 3 ملايين أمبير يكثف المجال المغناطيسي القوي بالفعل للمشتري إلى أكثر من ضعف القيمة التي كان سيحصل عليها إذا لم يكن هناك Io.

حركة دورانية

تتزامن فترة الدوران حول محوره مع الفترة المدارية للقمر الصناعي ، والتي تسببها قوة المد والجزر التي يمارسها المشتري على Io ، وقيمتها هي يوم واحد و 18 ساعة و 27.6 ثانية.

ميل محور الدوران ضئيل.

الهيكل الداخلي

نظرًا لأن متوسط ​​كثافته يبلغ 3.5 جم / سم ^{3 ، فقد} استنتج أن الهيكل الداخلي للقمر الصناعي صخري. لا يكشف التحليل الطيفي لـ Io عن وجود الماء ، لذلك من غير المحتمل وجود الجليد.

وفقًا لحسابات تستند إلى البيانات التي تم جمعها ، يُعتقد أن القمر الصناعي يحتوي على لب صغير من الحديد أو الحديد الممزوج بالكبريت.

ويتبعه غطاء صخري عميق ومنصهر جزئيًا ، وقشرة صخرية رفيعة.

يتميز السطح بألوان بيتزا سيئة الصنع: الأحمر والأصفر الشاحب والبني والبرتقالي.

كان يُعتقد في الأصل أن القشرة عبارة عن كبريت ، لكن قياسات الأشعة تحت الحمراء تكشف أن البراكين تندلع الحمم البركانية عند 1500 درجة مئوية ، مما يشير إلى أنها لا تتكون فقط من الكبريت (الذي يغلي عند 550 درجة مئوية) ، بل هناك أيضًا صخور منصهرة.

دليل آخر على وجود الصخور هو وجود بعض الجبال ذات المرتفعات التي تشبه جبل إيفرست. لن يمتلك الكبريت وحده القوة لشرح هذه التكوينات.

يتلخص الهيكل الداخلي لـ Io وفقًا للنماذج النظرية في الرسم التوضيحي التالي:

الشكل 4. هيكل Io. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

جيولوجيا آيو

النشاط الجيولوجي لكوكب أو قمر صناعي مدفوع بحرارة باطنه. وأفضل مثال على ذلك هو آيو ، أعمق أقمار كوكب المشتري.

تعد الكتلة الهائلة للكوكب المضيف جاذبًا كبيرًا للنيازك ، مثل تلك التي تذكرها Shoemaker-Levy 9 في عام 1994 ، ومع ذلك ، لا تظهر Io الحفر الصادمة والسبب هو أن النشاط البركاني المكثف يمحوها.

يوجد في Io أكثر من 150 بركانًا نشطًا ينفث رمادًا كافيًا لدفن الحفر الناتجة عن الاصطدام. البراكين في آيو أكثر كثافة بكثير من بركان الأرض وهي الأكبر في النظام الشمسي بأكمله.

ما يعزز ثوران براكين Io هو الكبريت المذاب في الصهارة ، والذي عندما يطلق ضغطه يدفع الصهارة ، ويطلق الرماد والغاز حتى ارتفاع 500 متر.

يعود الرماد إلى سطح القمر الصناعي ، مما ينتج عنه طبقات من الحطام حول البراكين.

لوحظ وجود مناطق بيضاء على سطح أيو بسبب ثاني أكسيد الكبريت المتجمد. في شقوق الصدوع ، تتدفق الحمم البركانية المنصهرة وتنفجر لأعلى.

الشكل 5. تسلسل مأخوذ بواسطة مسبار نيو هورايزونز ، يظهر بركانًا ينفجر على سطح آيو. المصدر: وكالة ناسا.

من أين تأتي طاقة آيو؟

نظرًا لأن Io أكبر قليلاً من القمر ، وهو بارد وميت جيولوجيًا ، فإن المرء يتساءل من أين تأتي طاقة هذا القمر الصناعي Jovian الصغير.

لا يمكن أن تكون الحرارة المتبقية للتكوين ، لأن Io ليست كبيرة بما يكفي للاحتفاظ بها. كما أنه ليس الاضمحلال الإشعاعي لداخله ، حيث إن الطاقة التي تبددها البراكين في الواقع تضاعف بسهولة حرارة الإشعاع التي ينبعث منها جسم بهذا الحجم.

مصدر طاقة آيو هو قوة المد والجزر ، بسبب جاذبية المشتري الهائلة وقربه منه.

هذه القوة كبيرة لدرجة أن سطح القمر الصناعي يرتفع وينخفض ​​100 متر. إن الاحتكاك بين الصخور هو ما ينتج هذه الحرارة الهائلة ، وهي بالتأكيد أكبر بكثير من قوى المد والجزر الأرضية ، التي بالكاد تحرك السطح الصلب للقارات بضعة سنتيمترات.

يتسبب الاحتكاك الهائل الناجم عن قوة المد الهائلة على Io في توليد حرارة كافية لإذابة الطبقات العميقة. يتبخر ثاني أكسيد الكبريت ، مما يولد ضغطًا كافيًا للصهارة المنبعثة من البراكين لتبرد وتغطي السطح.

يتناقص تأثير المد والجزر مع مكعب المسافة إلى مركز الجذب ، لذا فإن هذا التأثير أقل أهمية في الأقمار الصناعية البعيدة عن المشتري ، حيث تهيمن تأثيرات النيازك على الجيولوجيا.

المراجع

1. 20 دقيقة. (2016) رصد الكسوف في آيو يكشف أسراره. تم الاسترجاع من: 20minutos.es
2. كوتنر ، م. (2010) علم الفلك: منظور مادي. صحافة جامعة كامبرج.
3. البذور و Backman. (2011) النظام الشمسي. سينجاج ليرنينج.
4. ويكيبيديا. آيو (القمر الصناعي). تعافى من: es. wikipedia.com
5. ويكيبيديا. أقمار المشتري. تعافى من: es. wikipedia.com
6. ويكيبيديا. القمر الصناعي الجليل. تم الاسترجاع من: wikipedia.com