La lune de Jupiter, Io, est la seule parmi les lunes du système solaire. Il compte plus de 400 volcans actifs et sa surface abrite plus de 100 montagnes volcaniques massives, dont certaines sont plus hautes que le mont Everest. Sa surface est peinte et repeinte avec les retombées riches en soufre de ces volcans, colorant la lune de teintes rouges, jaunes et oranges. De vastes lacs de lave, dont le plus grand mesure 200 km de diamètre, parsèment également sa surface. Tout cela sur un monde qui ne fait qu'environ un quart de la taille de la Terre.
Le modeste volcanisme de la Terre est alimenté par la chaleur interne provenant de deux sources : la chaleur primordiale laissée par la formation de la planète et la chaleur issue de la désintégration radioactive des éléments du manteau et de la croûte. Mais Io est dans une situation bien plus précaire.
Il est pris dans une lutte acharnée. Il est tiré dans tous les sens par la puissante force gravitationnelle de Jupiter et les effets gravitationnels combinés des trois autres lunes galiléennes, Callisto, Ganymède et Europe. Toutes ces forces puissantes submergent presque Io, étirant et déformant la lune à plusieurs reprises. Cette action réchauffe Io, créant et maintenant sa nature volcanique intense.
Les chercheurs travaillant avec le JWST ont observé Io à deux reprises, en 2022 et 2023, pour recueillir de nouvelles informations sur ce monde unique. Leurs résultats figurent dans de nouvelles recherches publiées dans le Journal de recherche géophysique : Planètes intitulé « Première détection de (SI) dans les observations JWST proche IR de Io dans Eclipse et comparaison avec les émissions de SO, les éruptions volcaniques en évolution et les émissions UV HST-STIS (SI) antérieures. » L'auteur principal est Imke de Pater, professeur d'astronomie à l'UC Berkeley.
Comme la Terre et les autres corps rocheux du système solaire interne, la croûte et le manteau d'Io sont dominés par la silice. Mais les scientifiques s’appuient sur l’infime quantité de soufre présente pour révéler le fonctionnement interne de la Lune et comprendre son volcanisme. Le soufre est beaucoup plus rare que les autres composants d’Io, mais il aime se lier à des éléments comme le fer et l’oxygène. Lorsque la matière en fusion d'Io bouillonne à la surface, elle entraîne du soufre avec elle, et les caractéristiques du soufre, comme son abondance et sa forme moléculaire, révèlent ce qui se passe sous terre.
L'activité volcanique d'Io signifie que sa surface est en constante évolution. Les nouvelles images montrent que son plus grand lac de lave, Loki Patera, a formé une nouvelle croûte, suivant un schéma répétitif au cours des deux dernières décennies. Les coulées de lave issues d'une éruption survenue en 2022 dans la région lunaire de Kanehekili s'étaient propagées pour couvrir plus de 4 300 km² de surface. Depuis lors, la coulée de lave a été multipliée par 4.
Ces observations du JWST ne se limitaient pas aux caractéristiques changeantes de la surface volcanique. Ils font partie d'une enquête en cours sur les émissions de soufre et les points chauds volcaniques. Comme l’indique le titre de l’étude, c’est la première fois que les scientifiques détectent du (SI) sur Io. (SI) sont des atomes de soufre neutres et, avec la détection du monoxyde de soufre (SO), il ouvre une fenêtre sur les conditions et les processus qui définissent la lune volcanique. De manière peut-être surprenante, ils illustrent également la relation controversée de la Lune avec le massif Jupiter.
Il s'avère que les émissions (SI) ne proviennent pas directement des volcans d'Io. Au lieu de cela, cela provient d’une excitation collisionnelle provoquée par des impacts électroniques. D'où viennent ces électrons ?
Io est fondamentalement asservi à Jupiter. Jupiter n'est pas seulement beaucoup plus massif que Io ; il possède également une magnétosphère extrêmement puissante. Un nuage neutre d'atomes entoure Io, et ils sont ionisés par la magnétosphère de Jupiter, accélérés et entraînés par celle-ci. Cela forme un tore d'atomes ionisés qui orbite autour de Jupiter à la distance orbitale de Io. C'est la source des électrons qui génère le (SI). Ils critiquent le soufre atmosphérique généré par les volcans d'Io.
Cette recherche valide certaines observations de Hubble d'il y a 20 ans. Cela démontre que malgré l'activité volcanique intense et continue d'Io, l'atmosphère de la lune et le tore de plasma sont étonnamment stables.
La recherche montre également que les molécules SO dans un état excité proviennent directement des cheminées volcaniques, comme elles ont été détectées au-dessus de Kanehekili Fluctus, site d'une récente éruption. Cela valide une hypothèse vieille de 20 ans de de Pater et al. C'est ce qu'on appelle l'émission thermique due au dégazage volcanique, alors que le (SI) provient des interactions magnétosphériques. Le SO d'origine thermique est important car il donne aux scientifiques une lecture directe de la chaleur du système volcanique d'Io. Cela montre que les volcans d'Io sont violemment puissants et très chauds.
Pris ensemble, les résultats montrent que l'atmosphère d'Io est puissamment façonnée par des processus volcanologiques et magnétosphériques, tous deux résultant de sa relation intense avec Jupiter. C'est le seul corps du système solaire où ces forces exercent une influence aussi énorme, une autre raison pour laquelle Io est unique et mérite d'être étudiée.
