Egy rendkívüli égitest. A tűzhányók holdjai

A Földön évmilliárdok óta zajlik a vulkáni tevékenység.

A Vénusz a maga 50 ezer (!) tűzhányójával a Naprendszer „vulkán-nagyhatalma”, s a múltban töméntelen kitörés borította el lávával, illetve egyéb, a kráterekből kirobbanó anyagokkal belső bolygószomszédunk felszínét – ám jelenleg egyetlen tűzhányója sem működik. Külső bolygószomszédunk, a Mars vulkánjai pedig – köztük a 20 km-es, roppant magasságba tornyosuló, a Mount Everestnél csaknem háromszor magasabb, gigászi Olympus Mons, a Naprendszer legmagasabb hegye is – réges-rég kihunytak. Ám a Jupiter legbelső holdján, a mi Holdunkhoz hasonló méretű Ión jelenkorunkban is törnek ki tűzhányók, a bolygónkhoz képest kicsiny égitesten több vulkán található, mint az egész Földön, s az égitest tűzhányói együttvéve százszor több lávát produkálnak, mint öreg planétánk vulkánjai. Ismerkedjünk hát meg ezzel a különös holddal.
A Naprendszer leghatalmasabb óriásbolygója, a Jupiter körül több mint hatvan hold kering. A négy legnagyobbat, az Iót, az Europét, a Ganümédészt, valamint a Kallisztót (más írásmód szerint: Io, Europa, Ganymedes, Callisto) 1610-ben fedezte fel a tudománytörténet egyik óriása, az olasz Galileo Galilei, miután elkészítette első csillagászati távcsövét, a világ első – vagy az egyik legelső – teleszkópját. Majd kiderült, hogy az enyhén elliptikus pályán keringő Ió egy nap, 18 óra és 27,6 perc alatt kerüli meg a kolosszális planétát, bolygókörüli keringésének ideje pedig megegyezik tengelyforgásának idejével (akárcsak a Holdé), így égi kísérőnkhöz hasonlóan, ún. kötött mozgást végez, ami azt jelenti, hogy mindig ugyanazt az arcát mutatja anyabolygója felé.
1973 és 1974 folyamán a csillagközi (intersztelláris) térbe induló Pioneer–10 és Pioneer–11 űrszondák már elhaladtak az Ió mellett, 1979-ben pedig az ugyancsak amerikai és szintén az intersztelláris tér felé száguldó Voyager–és Voyager–2 űrszondák a történelemben elsőként alaposan szemügyre vették e távoli világot, s felfedezték, hogy ez egy vulkanikusan roppant aktív égitest. Ezt a felfedezést pedig megerősítette a holdat is felkereső, szintén amerikai Galileo szonda, mely 1995-re ért a Jupiter közelébe. A kutatások során kiderült, hogy a változatos domborzatú égitesten végighúzódó hegységek legmagasabb csúcsai 4-6 km-rel emelkednek a felszín fölé, melyet – a bérceken kívül – pár kilométer mély völgyek is tagolnak, s akár a 100 kilométer átmérőt is elérő, roppant lávatavakban fortyog a főleg kénvegyületeket tartalmazó olvadt kőzet. Az utóbbiak nagyságát szemlélteti, hogy ha megállnánk az egyik szélükön, nem látnánk a túlsó peremüket. A vulkánokból előhömpölygő lávaárak pedig a több száz kilométeren át húzódnak a kéntől sárgás felszínen.
A Naprendszer legtöbb égitestét elborító meteorkráterek viszont teljesen hiányoznak az Ióról, de nem azért, mint ha kevesebb becsapódás érte volna, illetve érné, hanem azért, mert a vulkáni aktivitás igen hamar eltünteti a becsapódások nyomait. A Voyagerek és a Galileo felvételeit összevetve kiderült, hogy még a küldetések között eltelt 16 év alatt is (!) megváltozott a felszín képe. Nem is csoda, hisz’ megfigyelték már, hogy egyszerre hat-nyolc vulkán is ontotta magából a lávát, a hamut, a gázokat, a vulkáni bombákat. S a hold kisebb méretéből fakadó, a földitől jóval kisebb gravitáció következtében – a földi tűzhányók 30-40 km-es magasságba fellövellő anyagaival szemben – az Ió vulkánjai 300-400 km magasba szórják anyagaikat, melyek egy része el is hagyja a holdat, és a bolygóközi térbe repül, táplálva a Jupiter legbelső, ún. Ió-gyűrűjét. (A Jupiternek is van gyűrűrendszere, akárcsak az Uránusznak és a Neptunusznak, bár ezek sokkal kisebbek, mint a Szaturnusz látványos, csodaszép gyűrűrendszere.)
További érdekesség, hogy a külső Naprendszer főleg jégből álló holdjaival ellentétben az Ió szerkezetileg a Föld-típusú bolygókra hasonlít, elsősorban kőzetekből áll, s belsejében egy legalább 900 km átmérőjű, a földihez valószínűleg hasonló vasmag található. 30-50 km-rel a felszín alatt pedig – a legújabb felfedezések szerint – az egész égitestre kiterjedő olvadt magmaóceán húzódik, melynek hőfoka az 1200 Celsius-fokot is meghaladhatja, s ahol a felszínre tör, ott tűzhányót szül, és kitöréseket táplál.
De mi hozhatta létre és tarthatja fenn a hold hihetetlen vulkanikus aktivitását? Földünkön végső soron a hatalmas, Hold méretű mag belső hője hozta létre a tűzhányókat. Mivel bolygónk és magja viszonylag nagy, így máig megőrizte belső hőjét, míg a jóval kisebb Mars – mérete miatt – hamar kihűlt. Planétánk magjában jelentős mennyiségű radioaktív anyag található, a radioaktív bomlás pedig hőt termel, ami átadódik a földköpenynek, s ott vagy ún. köpenycsóvák alakulnak ki, vagy konvekciós áramlatok indulnak be, mely utóbbiak miatt a lemezekre tagolt litoszféra táblái különböző mozgásokat végeznek egymáshoz képest (a litoszféra a földkéreg, valamint a köpeny legfelső, szilárd része – együtt). A litoszféra-lemezek egymásnak ütközése, egymás alá bukása vagy egymástól való távolodása tűzhányókat szül, akárcsak a köpenycsóvák, ezek a földköpenyben létrejövő, a kéreg irányába tartó függőleges anyagáramlatok, melyek mintegy „átégetik” maguk fölött a kérget, s ún. forró pontot hoznak létre, ami ugyancsak vulkáni aktivitást eredményez.
Az Ió viszont túl kicsi ahhoz, hogy megtarthatta volna a kialakulásakor belé plántálódott hőt, így ott egészen más erők hozták létre a tűzhányókat. Minden az égitest sajátos helyzetével, holdszomszédjaival és a Jupiterrel való gravitációs kölcsönhatásával függ össze. Az Ió különleges rezonanciahelyzetben van, mely az Európa és a Ganümédész tőle való távolsága és gravitációs hatásuk eredményeként alakult ki. (A messzebb keringő Kallisztó nem gyakorol rá jelentősebb hatást.) Miközben az Ió négyszer kerüli meg a Jupitert, addig az Európa kétszer, a Ganümédész pedig egyszer teszi meg az utat anyabolygója körül. Ez a rezonanciahelyzet azt eredményezte, hogy a két holdszomszéd együttes gravitációs ereje enyhén elliptikusra torzította a legbelső hold pályáját. Amikor közel kerül a Jupiterhez, az jóval erősebben vonzza, mint amikor távolabb kering tőle, az óriásbolygó pedig – hatalmas tömegvonzása folytán – 6000-szer erősebb árapályt idéz elő az Ió felszínén, mint Holdunk a Föld felszínén. Amikor a kísérő égitest közel kerül a Jupiterhez, annak megnövekedett gravitációs hatása kismértékben megnyújtja az Iót, mely – távolabb kerülve – kismértékben összehúzódik. Az egész hold tehát – keringés közben – megnyúlik, majd összehúzódik, megnyúlik, majd összehúzódik, és ez a folyamat lejátszódik újra és újra. A belső súrlódás pedig a hold belsejében éppúgy hőt termel, csak sokkal nagyobb mértékben, mint amikor kezünkkel össze-össze nyomunk egy teniszlabdát. Az így képződő hő felforrósította, s ma is forrón tartja az Ió belsejét, ezért van olvadt köpenye, magmaóceánja, s ezért lett vulkanikusan aktív.
Kérdés viszont, miként melegíti a hold belsejét az árapályerő. A kutatók egy része úgy véli: a hatás az Ió mélyebb rétegeiben érvényesül, mások szerint viszont a felszínhez közelebbi részt, a köpeny felsőbb rétegét, az asztenoszférát hevíti fel. Cristopher Hamilton, az amerikai Maryland Egyetem kutatója kijelentette, miszerint az adatok elemzése azt mutatja, hogy az utóbbi elmélet a helyes. Érdekes viszont, hogy a vulkánok szinte mindegyike 30-60 hosszúsági fokkal keletebbre van, mint a holdmodellek alapján lenniük kellene, mint ahol az elemzések szerint a magmának a felszínre kellene törnie. A kutatók szerint az eltérést az Ió viszonylag gyors forgása okozza, mely áramlásba hozza a magmaóceánt. A hold belső felépítése pedig lehetővé teszi, hogy a magma hosszú utat tegyen meg születési helyétől addig a pontig, ahol könnyebben a felszínre tud törni, s ott azután fel is tör.
Az Ió ma a Naprendszer vulkanikusan legaktívabb égiteste, a Paris Observatory francia csillagvizsgálóban dolgozó Valéry Lainey és kollégái viszont úgy látják, hogy a helyzet a jövőben lassan megváltozik. Tanulmányozták, miként módosul az Ió, az Európa és a Ganimédész pályája, s kimutatták, hogy az elmúlt száz évben a legbelső hold két szomszédja távolodott a Jupitertől, az Ió viszont közeledett anyabolygójához. Ha ez a folyamat folytatódik, a vulkánok égiteste lassan kilép a jelenlegi rezonanciahelyzetéből, s így megszűnik az erős árapályerő, s az Ió csaknem 100 millió év múlva kihűl. Kései leszármazottaink már csak egy átlagos holdat tanulmányozhatnak majd a távoli jövőben.