Io ist der innerste und zweitkleinste der vier Galileischen Monde Jupiters. Es ist nur wenig größer als unser Mond und der viertgrößte natürliche Satellit des Sonnensystems. Es hat die höchste Dichte und die stärkste Oberflächengravitation aller natürlichen Satelliten und enthält das wenigste Wasser im atomaren Verhältnis aller bekannten astronomischen Objekte des Sonnensystems. Es ist mit anderen Worten eine Welt der Superlative, bevor man überhaupt zu dem kommt, wofür es berühmt ist.
Dieser Ruhm kommt von unten: Mit über 400 aktiven Vulkanen ist Io das geologisch aktivste Objekt des Sonnensystems. Mehrere seiner Vulkane schleudern Schwefel- und Schwefeldioxid-Fontänen bis zu 500 km hoch in die Atmosphäre. Seine Oberfläche ist auch mit mehr als 100 Bergen übersät, die durch umfangreiche Kompression an der Basis der Silikatenkruste aufgehoben wurden, und einige dieser Gipfel sind höher als der Mount Everest.
Io wurde so geprägt, weil es in einer Gravitationszange zwischen Jupiter und seinen Nachbarmonden gefangen ist – eine Zange, die sich nie lockert und die einen sonst gewöhnlichen felsigen Mond in die gewalttätigste aktive Welt verwandelt hat, die wir kennen.
Vor vier Jahrhunderten entdeckt, 1979 verstanden
Die erste bekannte Beobachtung von Io wurde von Galileo Galilei am 7. Januar 1610 gemacht; Io und Europa wurden am folgenden Tag, dem 8. Januar 1610, als separate Körper gesehen – dieses Datum wird nun von der IAU als Ios offizielle Entdeckungsdatum verwendet. Jahrzehnte lang war Io einfach ein Lichtpunkt – niemand ahnte, was auf seiner Oberfläche vor sich ging.
Das änderte sich abrupt 1979. Vulkanische Aktivität auf Io wurde 1979 von Linda Morabito, einer Bildungswissenschaftlerin bei Voyager 1, entdeckt, die eine unmissverständliche Fontäne erkannte, die in einer der Raumfahrzeugbilder über den Mondrand aufsteigt. Es war das erste Mal, dass aktiver Vulkanismus irgendwo außerhalb der Erde bestätigt wurde. Seitdem haben Beobachtungen durch Raumfahrzeuge und erdgestützte Astronomen mehr als 150 aktive Vulkane auf Io enthüllt, mit bis zu 400 prognostizierten Vulkanen bis 2024 – ein Körper kaum größer als unser Mond, der möglicherweise vulkanisch aktiver ist als die Erde selbst.
Eine Welt, die von der Schwerkraft durchgeknetet wird
Ios Vulkanismus ist nicht zufällig aus innerer Chemie entstanden; er wird erzwungen. Die Gezeitenkräfte, die Io erfährt, sind etwa 20.000-mal stärker als die Gezeitenkräfte, die die Erde vom Mond erfährt, und der vertikale Unterschied in Ios Gezeitenbeule zwischen den Nah- und Fernpunkten seiner Umlaufbahn kann bis zu 100 Meter betragen – der gesamte Mond verbiegt sich physisch, wenn er um Jupiter schwingt. Diese Verformung erzeugt direkt Wärmung, und die entstehende Gezeitenwärmung erzeugt bis zu 200-mal mehr Energie als der radioaktive Zerfall allein erzeugen würde, was der Mechanismus ist, der die meisten felsigen Welten warm im Innern hält.
Diese Wärme muss irgendwie entweichen, und Vulkanismus ist die Art, wie sie das tut. Die größte vulkanische Depression auf Io ist Loki Patera, 202 km breit, und sie ist durchweg der stärkste Vulkan des Mondes, der durchschnittlich 25% von Ios globaler Wärmeabgabe allein durch sich ausmacht – ein einzelnes Vulkanmerkmal, das für ein Viertel der gesamten inneren Wärmeverlust einer Welt verantwortlich ist.
Tvashtar: Ios beobachteter Vulkan
1999 wurde ein Lavavorhang von etwa 25 km Länge und 1 bis 2 km Höhe beobachtet, der aus einer Patera am Vulkan Tvashtar ausbricht – ein einzelnes Eruptionsereignis groß genug, um von erdgestützten Teleskopen verfolgt zu werden. Jahre später flog das Raumschiff New Horizons am 28. Februar 2007 an Io vorbei und erfasste Bilder einer großen Fontäne in derselben Tvashtar-Region, was die ersten detaillierten Beobachtungen der größten Klasse ionischer vulkanischer Fontänen seit Peles Fontäne 1979 lieferte.
Ein eisernes Herz unter einer Schwefelhaut
Ios Gewalt reicht tief in seine Struktur hinein. Es hat eine Dichte von 3,5275 g/cm³, die höchste aller regulären Monde des Sonnensystems – deutlich höher als die Galileischen Monde Ganymed und Kallisto, deren Dichten um 1,9 g/cm³ liegen, und etwas höher als unser eigener Mond mit 3,344 g/cm³. Diese Dichte stammt von dem, aus dem Io gemacht ist: Felsen und Metall, im Wesentlichen kein Eis, mit einem metallischen Kern, der etwa 20% seiner Gesamtmasse ausmacht.
Diese gleiche innere Kompression drückt Material auch nach oben und durch Vulkane nach außen. Ios Berge erreichen durchschnittlich eine Höhe von 6 km und erreichen ein Maximum von etwa 17,5 km bei South Boösaule Montes, erbaut nicht durch vulkanische Konstruktion sondern durch die gleiche Krustenkompression, die Lava an anderer Stelle auf dem Mond zur Oberfläche drückt.
Ein Mond, der Jupiters eigenes Magnetfeld antreibt
Ios Einfluss stoppt nicht an seiner eigenen Oberfläche. Er fungiert als elektrischer Generator in Jupiters Magnetosphäre, entwickelt 400.000 Volt über sich selbst und erzeugt einen elektrischen Strom von 3 Millionen Ampere, freigesetzt Ionen, die Jupiters Magnetfeld auf mehr als das Doppelte seiner sonst Größe aufblähen. Ein einzelner Mond verändert also sinnvoll die magnetische Umgebung des größten Planeten des Sonnensystems.
Jupiters Magnetosphäre erwidert den Gefallen, indem es Material wegstreift: Es kehrt Gase und Staub aus Ios dünner Atmosphäre mit einer Rate von etwa 1 Tonne pro Sekunde auf, speist eine riesige Wolke von Partikeln, die durch das jovianische System trailed. Io gestaltet gleichzeitig Jupiters Magnetfeld und wird langsam durch es erodiert.
Von Raumschiffen erforscht, Strahlung und allem
Io von Nahem zu erreichen war nie einfach. Das Raumschiff Galileo kam 1995 nach einer sechsjährigen Reise von der Erde bei Jupiter an, und obwohl während seines nahen Vorbeiflugs an Io am 7. Dezember 1995 keine Bilder aufgenommen wurden – der Mond sitzt in einem der intensivsten Strahlungsgürtel Jupiters – führte die Begegnung dennoch zu einem großen Ergebnis: der Entdeckung eines großen Eisenkerns, ähnlich dem auf den felsigen Planeten des inneren Sonnensystems.
Loki Patera selbst überrascht Forscher weiterhin auch aus der Ferne. Am 8. März 2015 ermöglichte eine seltene Orbitalausrichtung zwischen Io und Europa Forschern zu bestimmen, dass Loki Patera zwei separate Wellen der Umlagerung von Lava durchmacht, was erklärt, warum sich seine Helligkeit etwa alle 400 bis 600 Tage ändert – ein vulkanischer Rhythmus nicht durch Landen auf Io entdeckt, sondern durch Beobachtung, wie sich sein Licht änderte, als ein anderer Mond kurz davor vorbeizog.