lunes, 22 de octubre de 2012

Io y su actividad volcánica monitorizada desde la Tierra

El estudio de las erupciones volcánicas de Io se pueden realizar desde nuestro planeta gracias a una nueva técnica. Un grupo de científicos ha logrado mediante un novedoso método lograr observar detalles tan pequeños como 100 kilómetros de la superficie de la luna.

Io, la luna más interna de Júpiter, es una maravilla volcánica. Las observaciones más detalladas de este cuerpo provienen de las sondas espaciales que han viajado al Sistema Solar exterior. Pero gracias al esfuerzo de un equipo de científicos liderados por Franck Marchis, del SETI, se han podido presentar imágenes con unos detalles muy precisos de la luna.

Imágenes tomadas por la sonda Galileo en 1997 de los cambios producidos por la actividad volcánica en Pillian Patera.

Los volcanes de Io no pueden ser vistos directamente desde la Tierra con los medios clásicos. Esta luna cuenta con tan solo 3.600 kilómetros de diámetro y se encuentra a 630 millones de kilómetros de la Tierra. Es como si colocáramos nuestra Luna orbitando en torno a Júpiter e intentamos deducir los detalles de su superficie. Con los medios actuales tendríamos serios problemas para lograrlo.

Para superar esta limitación, los ingenieros y científicos planetarios diseñaron sondas espaciales para visitar el sistema joviano. En 1979, la Voyager 1 reveló la dinámica actividad de la superficie de Io, capturando en sus fotografías los grandes volcanes, plumas y puntos calientes que salpican su superficie. La nave Galileo permaneció en órbita en torno al sistema joviano desde 1995 hasta 2003, y observó en la luna más de 160 volcanes y diferentes tipos de erupciones. Pero son varias las cuestiones que aún quedan sin resolver acerca de esta luna. Todavía no acaba de entenderse el origen y la evolución a largo plazo de la actividad volcánica de Io.

Observaciones de varias erupciones en el rango de las longitudes de onda cortas de unos 2,1 mm en la parte superior y de 3,2 mm en la inferior, tomadas por el telescopio Keck (mayo 2004, agosto 2007, septiembre 2007, julio 2009), el Géminis Norte (agosto 2007) y el VLT (febrero 2007), con los sistemas de óptica adaptativa. En las imágenes de 2007 puede verse la firma térmica de la actividad de Tvashtar cerca del polo norte. El despertar de este volcán fue observado desde el Keck en 2006, luego la erupción se mantuvo con fuerza al menos 1,5 años. La explosión más brillante detectada en este estudio se produjo en 2004. En agosto de 2007 se observó actividad en Pillan Patera, y en julio de 2009 en Loki Pater. Esta ha sido la última erupción brillante detectada. Desde entonces la actividad volcánica de Io está en reposo. (Crédito: F. Marchis)


Ahora, los astrónomos planetarios han encontrado un método para evitar la confusión que introduce el movimiento constante de la atmósfera de la Tierra en las imágenes: la óptica adaptativa, que proporciona una imagen con una resolución cercana al límite de difracción del telescopio. Desde 2001, todos los grandes telescopios han sido dotados de esta tecnología.

"Desde la primera observación de Io en 2001, usando el telescopio Keck II de 10 metros con la óptica adaptativa, el equipo se entusiasmó al ver los resultados obtenidos. También se utilizó el Very Large Telescope y el Gemini. La tecnología ha mejorado en los últimos años y la calidad de la imagen y la utilidad de los instrumentos se ha vuelto esencial para estas investigaciones", dijo Marchis.

Desde el 2003, el equipo de científicos ha reunido datos de cerca de 40 periodos de observación de Io en el infrarrojo cercano, mostrando las imágenes detalles de tan sólo 100 kilómetros sobre la superficie del satélite.

Actividad en reposo de Io observada entre 2010 y 2011, que muestra las varias erupciones cuasi-permanentes en la banda de ~ 3μm [abajo] y la ausencia de explosiones o erupciones brillantes jóvenes en  la banda K (en ~ 2 micras) [arriba]. (Crédito: F. Marchis)

Sus observaciones han revelado la existencia de erupciones jóvenes y energéticas denominadas arrebatos. Estas son fácilmente detectables debido a su inmensa emisión térmica en longitudes de inda cortas, lo que implica que son erupciones a altas temperaturas. El equipo pudo observar la erupción del volcán  Tvashtar, al mismo tiempo que lo hacía la sonda New Horizons, en su paso cercano a Júpiter, de camino al sistema de Plutón. La erupción fue detectable en tres grandes telescopios desde abril de 2006 hasta septiembre de 2007. Otras observaciones realizadas con el Keck y con la nave espacial Galileo muestran que este volcán presentó en 1999 otra fase eruptiva que se mantuvo durante 15 meses. Del mismo modo, Pillan Patera, tuvo una actividad esporádica en agosto de 2007, que fue reportada por el equipo del Telescopio Keck y que también detectó la sonda Galileo.


"La periodicidad de la actividad de estos volcanes sugiere la existencia de magma almacenado en cámaras subterráneas", dijo Ashley Davies un vulcanólogo del JPL. "Estos datos nos permitirán modelar el proceso eruptivo para comprender cómo el calor se disipa de las profundidades de Io mediante esta actividad volcánica".

Otras cuatro erupciones adicionales fueron detectadas durante el estudio, incluyendo un volcán muy activo situado en una región que nunca había mostrado actividad en el pasado (coordenadas planetocéntricas 17S, 5W) en mayo de 2004. Este nuevo estallido esporádico tenía una potencia total del 10% de las emisiones térmicas medias emitidas por Io,  por lo que fue más energético que el Tvashtar en 2001. Curiosamente, el equipo no observó ninguna "mega-explosión" durante este estudio, con una producción energética similar a la erupción en Sirte en 2001, la erupción más energética jamás vista en el Sistema Solar. Por ello concluye que los estallidos deben ser muy esporádicos y de una duración de pocos días.

Simulación de las observaciones realizadas con el Keck y el sistema de óptica adaptativa a la izquierda. En el centro en el Telescopio KNGAO. Y a  la derecha, se muestra cómo se vería Io con la óptica adaptativa instalada en el Telescopio de 30 metros. La resolución alcanzada por estos instrumentos sería de 140 km, 110 km y 35 km, respectivamente, a una banda de 1,6 micras. (Crédito: F.Marchis)

Son varios los equipos de científicos que han monitorizado la actividad volcánica de Io. Todos ellos se han percatado que desde septiembre de 2010, la actividad volcánica de la luna ha entrado en un reposo global. Una docena de erupciones permanentes de actividad efusiva a baja temperatura, se detectan todavía en su superficie, pero no se han detectado nuevas erupciones ni explosiones. La última erupción reseñable se produjo el 24 de julio de 2009 en Loki Patera, provocando un lago de lava muy activo conocido por su actividad episódica.

"Las naves espaciales sólo han sido capaces de captar destellos fugaces de los volcanes de Io. Voyager durante unos meses, Galileo durante unos pocos años, y New Horizons sólo unos días. Las observaciones terrestres, por otro lado, pueden continuar supervisando los volcanes de Io a escalas de tiempo más largas", dijo Julie Rathbun de la Universidad de Redlands, un científico planetario que no están directamente involucrados en este estudio, pero que ha llevado a cabo el seguimiento de Io con  el telescopio IRTF de 3 metros, durante más de 15 años. "Las observaciones con telescopios de 8-10 m ha supuesto una gran mejora en la resolución lograda en anteriores observaciones desde la Tierra. Pronto no sólo será nuestra única manera de vigilar los volcanes de Io, sino que será la mejor forma de hacerlo. Deberíamos hacer estas observaciones con mayor frecuencia . "

Secuencia de 5 imágenes tomadas por la New Horizons.

La monitorización de la actividad volcánica de Io continuará construyendo una línea de tiempo de la actividad volcánica y la variabilidad de la emisión térmica, que se complementará con los datos obtenidos por otras misiones al sistema de Júpiter como la sonda Juno. Hasta que llegue ese momento, la actividad de Io, sólo podrá ser monitorizada desde los grandes telescopios terrestres.

La próxima generación de los sistemas de óptica adaptativa proporcionarán una mejor calidad de la imagen, lo que permitirá observar en longitudes de onda más óptimas para la ciencia planetaria. Estos sistemas están actualmente en desarrollo y verán la luz en los próximos años. Los cambios de colores en la superficie de Io debido a la actividad volcánica, serán detectables desde nuestro planeta.


"El próximo gran paso para la astronomía planetaria se producirán en el año 2021 cuando el Gran Telescopio de 30 metros esté disponible. Alcanzará una resolución de la superficie de Io similar a la que logró la sonda Galileo. Cuando apuntemos a Io, será como si lo estuviese haciendo una sonda espacial orbitando en torno a él ", dijo Marchis.

Io fue descubierto en enero de 1610 por Galileo Galilei. Los nombres de las lunas de Júpiter recibieron la denominación de varias amantes de Zeus. El centro eruptivo detectado en mayo de 2004 aún no ha recibido un nombre oficial.



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