Les secrets enflammés d'Io : dévoiler la lune volcanique de Jupiter avec une nouvelle technologie d'imagerie

La technologie d'imagerie avancée a capturé des images d'une clarté sans précédent de Jupiterde la lune Io, révélant des caractéristiques volcaniques détaillées et élargissant potentiellement notre compréhension de l'activité volcanique extraterrestre.

Depuis 1979, lorsque l'on a découvert que la lune Io de Jupiter était grêlée de volcans, les astronomes et les volcanologues étaient enthousiasmés par ce que le satellite rougeâtre pourrait nous dire sur l'évolution du système jovien et les débuts de l'histoire volcanique de la Terre. Pourtant, les études sur les éruptions et les coulées de lave sur Io ont été entravées par des images floues provenant de télescopes terrestres et spatiaux et par trop peu de gros plans provenant d'engins spatiaux survolés.

Une nouvelle caméra pointue récemment installée sur un télescope en Arizona pourrait remédier à ce problème.

Imagerie révolutionnaire depuis la Terre

Une équipe d'astronomes et d'ingénieurs publiera cette semaine dans la revue Lettres de recherche géophysique les images optiques de la plus haute résolution d'Io jamais prises depuis la Terre – des images suffisamment nettes pour discerner des volcans si proches les uns des autres que les débris de leurs éruptions se chevauchent.

Prises par le Large Binocular Telescope (LBT) sur le mont Graham en Arizona, les images ont été rendues possibles grâce à un nouvel instrument d'imagerie optique à contraste élevé, baptisé SHARK-VIS, et au système d'optique adaptative du télescope, qui compense le flou induit par l'atmosphère. turbulence.

Les images révèlent des caractéristiques de surface aussi petites que 50 milles de diamètre, une résolution spatiale qui jusqu'à présent n'était réalisable qu'avec des engins spatiaux envoyés vers Jupiter, comme les deux engins spatiaux Voyager en 1979, la mission Galileo, qui s'est terminée en 2003, et Juno, qui est en orbite autour de Jupiter depuis 2016. La résolution équivaut à prendre une photo d'un objet de la taille d'une pièce de dix cents à 100 miles de distance, selon l'équipe de recherche. Les images sont deux à trois fois meilleures que celles qui pourraient être obtenues grâce au Le télescope spatial Hubble.

« Les images en lumière visible sont vraiment incroyables », a déclaré Imke de Pater, professeur émérite d'astronomie et de sciences de la Terre et des planètes à l'Université de New York. Université de Californie, Berkeleyqui a aidé à interpréter les images avec Ashley Davies, scientifique principale à NASAdu Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, en Californie, et Katherine de Kleer, professeure adjointe au California Institute of Technology.

Aperçus de l'imagerie avancée

De Pater observe Io depuis des décennies, principalement à l'aide de télescopes infrarouges au sol, tels que l'observatoire Keck et l'observatoire Gemini à Hawaï, et de radiotélescopes comme l'Atacama Large (sub)Millimeter Array (ALMA) au Chili. Les observations infrarouges capturent des éléments chauds, tels que des coulées de lave, mais ont une résolution intrinsèquement inférieure. Plus récemment, elle a analysé des images infrarouges du plus récent observatoire de la NASA, le Télescope spatial James Webb (JWST).

« Avec Keck et Gemini, tout se passe dans l'infrarouge », a-t-elle déclaré. « Même si nous voyons certaines caractéristiques de la surface, lorsque vous imagez le satellite en lumière visible, vous pouvez vraiment voir des images similaires à celles obtenues par Voyager et Galileo. Avec ces images en lumière visible, vous pouvez observer les paysages et la topographie.

Son espoir est de combiner les images optiques du LBT avec des observations infrarouges pour corréler le magma brûlant et les caractéristiques visibles, telles que les coulées de lave et les dépôts colorés créés par les retombées des panaches volcaniques.

« J'espère que nous pourrons faire des observations simultanées à un moment donné dans l'infrarouge et dans le visible pour voir le magma chaud et ensuite son effet sur la surface », a-t-elle déclaré. « Des images plus nettes aux longueurs d'onde visibles comme celles fournies par SHARK-VIS et LBT sont essentielles pour identifier à la fois les emplacements des éruptions et les changements de surface non détectables dans l'infrarouge, tels que les nouveaux dépôts de panaches. »

Pelé et Pillan Patera, duels de volcans

Selon le premier auteur de l'article, Al Conrad, scientifique associé au Large Binocular Telescope Observatory, les éruptions sur Io – le corps volcanique le plus actif du système solaire – éclipsent celles de leurs contemporaines sur Terre. Des études comme celle-ci aideront les chercheurs à comprendre pourquoi certains mondes du système solaire sont volcaniques, mais pas d'autres, a-t-il déclaré, et pourraient un jour faire la lumière sur les mondes volcaniques du système solaire. exoplanète systèmes autour des étoiles proches.

« Io présente donc une opportunité unique d'en apprendre davantage sur les puissantes éruptions qui ont contribué à façonner les surfaces de la Terre et de la Lune dans un passé lointain », a déclaré Conrad.

Légèrement plus grande que la lune terrestre, Io est la plus intérieure des lunes galiléennes de Jupiter, qui, en plus d'Io, comprennent Europe, Ganymède et Callisto. Enfermée dans un « bras de fer » gravitationnel entre Jupiter, Europe et Ganymède, Io est constamment comprimée, entraînant une accumulation de chaleur de friction à l’intérieur – qui serait la cause de son activité volcanique soutenue et généralisée.

En surveillant les éruptions à la surface d'Io, les scientifiques espèrent mieux comprendre le mouvement thermique des matériaux sous la surface de la lune, sa structure interne et, à terme, le mécanisme de réchauffement des marées responsable de l'intense volcanisme d'Io.

Observations détaillées des interactions volcaniques

Davies a déclaré que la nouvelle image prise par SHARK-VIS est si riche en détails qu'elle a permis à l'équipe d'identifier un événement majeur de resurfaçage au cours duquel le panache s'est déposé autour d'un important volcan connu sous le nom de Pelé, situé dans l'hémisphère sud d'Io, près de l'équateur. , est recouverte par les dépôts d'éruption du Pillan Patera, un volcan voisin. Une séquence d'éruption similaire a été observée par la sonde spatiale Galileo de la NASA, qui a exploré le système Jupiter entre 1995 et 2003.

« Nous interprétons les changements comme des dépôts de lave sombre et des dépôts blancs de dioxyde de soufre provenant d'une éruption à Pillan Patera qui recouvrent partiellement le dépôt de panache rouge et riche en soufre de Pelé », a déclaré Davies. « Avant SHARK-VIS, de tels événements de resurfaçage étaient impossibles à observer depuis la Terre. »

Selon de Pater, Pelé semble entrer en éruption continuellement, envoyant des panaches de gaz volcaniques à environ 300 kilomètres au-dessus de la surface d'Io, suffisamment haut pour avoir été photographiés par le Voyager, Galilée et Hubble. Les gaz contenus dans le panache, qui émergent d'un lac de lave, gèlent et se déposent à la surface sous la forme d'un anneau proéminent, large, rougeâtre et riche en soufre.

Pillan Patera, en revanche, semble entrer en éruption épisodiquement, laissant de la lave en place entourée d'un anneau blanc de dioxyde de soufre (SO2) gelé. Les nouvelles images montrent les dépôts blancs masquant les dépôts rougeâtres de Pelé, bien que probablement pour une brève période. Les photos d'Io prises par Juno en avril montraient un anneau orange presque complet, avec peut-être une touche de rouge plus pâle là où se trouvaient les dépôts de Pillan.

« C'est une sorte de compétition entre l'éruption du Pillan et l'éruption de Pelé, sur la quantité et la vitesse de dépôt de chacune », a-t-elle déclaré. « Dès que Pillan s'arrêtera complètement, il sera à nouveau recouvert par les dépôts rouges de Pelé. »

Perspectives d'avenir avec SHARK-VIS

SHARK-VIS a été construit par l'Institut national italien d'astrophysique de l'Observatoire astronomique de Rome et est géré par une équipe dirigée par le chercheur principal Fernando Pedichini, assisté du chef de projet Roberto Piazzesi. En 2023, il a été installé au LBT, avec son instrument complémentaire proche infrarouge SHARK-NIR, pour profiter pleinement de l'exceptionnel système d'optique adaptative du télescope. L'instrument abrite une caméra rapide à très faible bruit qui lui permet d'observer le ciel en mode « imagerie rapide », de capturer des images au ralenti qui figent les distorsions optiques causées par les turbulences atmosphériques et de post-traiter les données avec une netteté sans précédent. .

Simone Antoniucci, scientifique de l'instrument SHARK-VIS, a déclaré qu'il s'attend à ce que de nouvelles observations soient faites sur des objets dans tout le système solaire.

« La vision fine de SHARK-VIS est particulièrement adaptée à l'observation des surfaces de nombreux corps du système solaire, non seulement des lunes de planètes géantes, mais aussi des astéroïdes », a-t-il déclaré. « Nous en avons déjà observé certains, avec les données en cours d’analyse, et prévoyons d’en observer davantage. »

Pour en savoir plus sur cette étude, voir les surfaces volcaniques d'Io révélées par la nouvelle technologie du télescope.

Le LBT fait partie de l'Observatoire international du Mont Graham, une division du Steward Observatory de l'Université de l'Arizona.