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Io Volcano Observer: seguendo il calore alla ricerca di indizi sull'evoluzione dei pianeti

23 marzo 2021
Una nuova proposta di missione chiamata Io Volcano Observer (IVO) verrebbe inviata a studiare la luna di Giove Io, un vero paese delle meraviglie vulcanico con centinaia di vulcani in eruzione che sgorgano costantemente tonnellate di lava fusa e gas solforosi.

Se riportassimo l'orologio indietro di qualche miliardo di anni, la superficie della luna di Giove Io sarebbe quella appartenente a qualsiasi giovane pianeta roccioso. Ma oggi, nel nostro Sistema Solare, soltanto Io presenta questo tipo di iperattività. Sotto la colossale attrazione della gravità di Giove e per le spinte orbitali dei passaggi delle lune gemelle Europa e Ganimede, Io è soggetta a continue forze di marea che allungano e schiacciano la luna mentre si muove lungo il suo percorso ellittico.

Gli scienziati sanno che queste forze di marea generano un calore estremo all'interno di Io, con un flusso di 20 volte superiore a quello della Terra, e, in generale, che sono un importante processo planetario in tutto l'universo. Ma siamo ancora profondamente ignoranti su come funzionino effettivamente le cose, ha detto Alfred McEwen, geologo planetario e professore al Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona.

"Rimane da trovare risposta alle le principali domande su dove e come viene prodotto il calore delle maree all'interno di un pianeta o luna, come quel calore fuoriesce in superficie e quale effetto ha questo processo sui mondi planetari in tutto il cosmo", ha detto.
Ma Io, grazie ai suoi spettacolari vulcani e all'estrema attività delle maree, potrebbe rispondere a queste domande. Imparare esattamente come funziona questa fornace all'interno di Io, ha detto McEwen, ci aiuterà a sua volta a capire come si evolvono i pianeti.

"È davvero il posto migliore nel Sistema Solare per comprendere il riscaldamento delle maree."

Dall'interno verso l'esterno

In qualità di investigatore principale, McEwen è alla guida del team che sta progettando IVO, missione allo studio del Discovery Program della NASA.
Sviluppato dal Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) a Laurel, nel Maryland, il veicolo spaziale IVO farebbe almeno 10 passaggi ravvicinati di Io in quattro anni, utilizzando una suite di strumenti specializzati per scrutare sotto la superficie luminosa e coperta di zolfo di Io, catturare immagini e video del suo estremo vulcanismo e tracciando l'energia termica di Io dall'interno verso l'esterno.

"Vogliamo seguire il calore", ha detto Laszlo Kestay, vice investigatore principale IVO dell'US Geological Survey. "E la chiave per fare questo è capire dove venga generato all'interno di Io."

A seconda della distribuzione della roccia solida e fusa all'interno della luna, il riscaldamento delle maree potrebbe diffondersi in tutto il suo interno o concentrarsi più vicino alla sua superficie. Quindi IVO misurerebbe la gravità e i campi magnetici intorno a Io per rilevare cosa sta succedendo sotto la superficie.
Ad esempio, una possibilità allettante è che Io abbia un oceano di magma nascosto sotto la sua superficie rocciosa per lo più fredda. Mentre il campo magnetico di Giove attraversa la luna, IVO rileverà la distorsione nel campo magnetico prodotta dalle correnti generate all'interno del magma elettricamente conduttivo, rilevando una lettura diversa rispetto, ad esempio, se le parti interne di Io fossero in gran parte solide.

IVO combinerebbe anche misurazioni geofisiche e nuove mappe topografiche per comprendere lo spessore e il movimento dello strato esterno freddo e roccioso di Io e fornire informazioni su come la Terra, la Luna e altri pianeti rocciosi potrebbero aver funzionato poco dopo la loro stessa formazione, quando stavano raffreddando il magma mutando in pianeti con oceani.

Acrobazie orbitali

Proprio come un acrobata, IVO resterebbe appeso lontano da Giove, calcolando i suoi tuffi verso Io per raggiungerlo durante le posizioni migliori - e nei momenti precisi - sia per raccogliere le osservazioni più chiare dei campi magnetici e gravitazionali di Io, sia per misurare l'"oscillazione" che Giove impone sulla sua orbita, un altro importante indicatore della sua struttura interna.
Immergendosi fino 200 chilometri sopra la luna, IVO riprenderebbe circa il 90% della superficie colorata e vulcanica di Io fino a una risoluzione di 300 metri per pixel e persino in alcune aree più piccole fino a 3 metri per pixel, catturando inoltre filmati della lava in eruzione e dei pennacchi durante ogni sorvolo.

Osservando i poli durante la fase di avvicinamento e successivamente in allontanamento, IVO misurerebbe la distribuzione del calore proveniente da Io con capacità che nessun altro veicolo spaziale ha avuto sino ad ora e che non possono essere osservate dalla Terra. I dati infrarossi di un mappatore termico aiuteranno anche gli scienziati a comprendere la temperatura e la chimica della lava.
IVO sarebbe dotato di uno spettrometro di massa per campionare i gas in eruzione dai vulcani di Io. Questi gas trasportano una sorta di impronta digitale che registra l'evoluzione chimica di Io e dell'intero sistema gioviano, consentendo agli scienziati di studiarne l'intera storia.

"Sarebbe la prima volta che qualcuno rileva misure in situ dell'atmosfera di Io, e questo è un terreno maturo per nuove scoperte", ha detto Kathy Mandt, scienziato del progetto IVO di APL.

"Sappiamo che Io perde la maggior parte del suo calore a causa di incredibili eruzioni che fanno impallidire i vulcani e le colate di lava che vediamo sulla Terra", ha continuato. "Non solo saranno fantastici da guardare, ma ci aiuteranno anche a capire esattamente come funziona questo processo dall'interno."

I cambiamenti nel sistema

"Il movimento del calore è un motore del cambiamento", ha detto Kestay. "IVO studierà come il flusso di calore ha influenzato Io e l'intero sistema di Giove nel tempo".
Le tonnellate di gas vulcanici strappati da Io ogni secondo sono ampiamente diffusi dal potente campo magnetico di Giove. IVO sfrutterà questo materiale, fornendo nuove informazioni su come viene rimosso e dove è diretto: un primo passo per comprendere i cambiamenti evolutivi nella chimica di Io.

Gli elementi volatili in fuga da Io si sono diffusi in tutto il sistema gioviano, dipingendo la superficie di Europa e fornendo potenzialmente ingredienti chimici per la vita all'oceano all'interno del vicino più prossimo di Io. Gli scienziati si aspettano di saperne di più anche sul ruolo fondamentale che il riscaldamento delle maree gioca nel riscaldare gli oceani di acqua liquida sotto i gusci ghiacciati di Europa e di altri mondi potenzialmente abitabili, come le lune di Saturno Titano ed Encelado.

"Usando Io come un laboratorio naturale delle dimensioni di un pianeta, comprenderemo meglio i processi che sono fondamentali in tutto il Sistema Solare", ha detto McEwen, "ma anche e oltre".

fonti: NASA

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