Io est la plus interne et la deuxième plus petite des quatre lunes galiléennes de Jupiter. Légèrement plus grande que la Lune terrestre, c'est le quatrième plus grand satellite naturel du système solaire, elle possède la densité la plus élevée et la gravité superficielle la plus forte de tout satellite naturel, et contient la plus faible quantité d'eau en rapport atomique de tout objet astronomique connu du système solaire. C'est, en d'autres termes, un monde de superlatifs avant même d'arriver à ce qui la rend célèbre.
Cette célébrité vient du dessous : avec plus de 400 volcans actifs, Io est l'objet géologiquement le plus actif du système solaire. Plusieurs de ses volcans lancent des panaches de soufre et de dioxyde de soufre jusqu'à 500 km au-dessus de la surface. Sa surface est également parsemée de plus de 100 montagnes soulevées par une compression extensive à la base de sa croûte silicatée, et certains de ces pics sont plus hauts que le Mont Everest.
Io en est arrivée là en étant piégée dans un étau gravitationnel entre Jupiter et ses lunes voisines – une pression qui ne lâche jamais prise, et qui a transformé une lune rocheuse autrement ordinaire en le monde le plus violemment actif que nous connaissons.
Observée pour la première fois il y a quatre siècles, comprise en 1979
La première observation signalée d'Io a été faite par Galilée le 7 janvier 1610 ; Io et Europe ont été vues comme des corps séparés le lendemain, le 8 janvier 1610, date maintenant utilisée par l'UAI comme date de découverte officielle d'Io. Pendant des siècles après cela, Io n'était qu'un point lumineux – personne ne soupçonnait ce qui se passait à sa surface.
Cela a changé brutalement en 1979. L'activité volcanique sur Io a été découverte pour la première fois cette année-là par Linda Morabito, une scientifique de l'imagerie travaillant sur Voyager 1, qui a repéré un panache indubitable s'élevant du limbe de la lune dans l'une des images du vaisseau. C'était la première fois que le volcanisme actif était confirmé n'importe où au-delà de la Terre. Depuis, les observations des vaisseaux spatiaux et des astronomes terrestres ont révélé plus de 150 volcans actifs sur Io, avec jusqu'à 400 prédits d'exister en 2024 – un corps à peine plus grand que la Lune qui peut être plus volcaniquement actif que la Terre elle-même.
Un monde malaxé par la gravité
Le vulcanisme d'Io n'est pas une coïncidence de chimie interne ; il est forcé. Les forces de marée ressenties par Io sont environ 20 000 fois plus fortes que les forces de marée que ressent la Terre de la Lune, et la différence verticale du renflement de marée d'Io entre les points proches et éloignés de son orbite peut être jusqu'à 100 mètres – toute la lune se fléchit physiquement lorsqu'elle tourne autour de Jupiter. Cette flexion génère de la chaleur directement, et le chauffage de marée qui en résulte produit jusqu'à 200 fois plus d'énergie que la désintégration radioactive seule, qui est le mécanisme qui maintient la plupart des mondes rocheux chauds à l'intérieur.
Cette chaleur doit s'échapper d'une manière ou d'une autre, et le volcanisme est comment elle le fait. La plus grande dépression volcanique sur Io est Loki Patera, 202 km de large, et c'est constamment le volcan le plus fort de la lune, contribuant en moyenne à 25% de la production mondiale de chaleur d'Io à lui seul – une seule caractéristique volcanique responsable d'un quart de la perte de chaleur interne de tout un monde.
Tvashtar : Le volcan le plus observé d'Io
En 1999, on a observé un rideau de lave d'environ 25 km de long et de 1 à 2 km de haut en éruption depuis une patera au volcan Tvashtar – un événement éruptif unique assez grand pour être suivi par les télescopes terrestres. Des années plus tard, le vaisseau spatial New Horizons a survolé Io le 28 février 2007, capturant des images d'un grand panache dans cette même région de Tvashtar, fournissant les premières observations détaillées de la plus grande classe de panache volcanique ionien depuis l'observation du panache de Pélé en 1979.
Un cœur de fer sous une peau de soufre
La violence d'Io s'étend jusqu'à sa structure. Elle a une densité de 3,5275 g/cm³, la plus élevée de toute lune régulière du système solaire – nettement plus élevée que les lunes galiléennes Ganymède et Callisto, dont les densités se situent autour de 1,9 g/cm³, et légèrement plus élevée que notre propre Lune à 3,344 g/cm³. Cette densité provient de ce dont Io est faite : roche et métal, essentiellement pas de glace, avec un noyau métallique constituant environ 20% de sa masse totale.
Cette même compression interne pousse le matériel vers le haut ainsi que vers l'extérieur à travers les volcans. Les montagnes d'Io atteignent en moyenne 6 km de hauteur et atteint un maximum d'environ 17,5 km au South Boösaule Montes, construites non par construction volcanique mais par la même compression crustale qui expulse la lave à la surface ailleurs sur la lune.
Une lune qui alimente son propre champ magnétique de Jupiter
L'influence d'Io ne s'arrête pas à sa propre surface. Elle agit comme un générateur électrique dans la magnétosphère de Jupiter, développant 400 000 volts à travers elle-même et créant un courant électrique de 3 millions d'ampères, libérant des ions qui gonflent le champ magnétique de Jupiter à plus du double de la taille qu'il aurait autrement. Une seule lune, en d'autres termes, remodèle significativement l'environnement magnétique de la plus grande planète du système solaire.
La magnétosphère de Jupiter rend la pareille en dépouillant le matériel : elle balaye les gaz et la poussière de l'atmosphère ténue d'Io à un taux d'environ 1 tonne par seconde, alimentant un vaste nuage de particules qui traîne dans le système jovien. Io façonne simultanément le champ magnétique de Jupiter et est lentement érodée par celui-ci.
Étudiée par des vaisseaux spatiaux, des radiations et tout
Atteindre Io de près n'a jamais été facile. Le vaisseau spatial Galileo est arrivé à Jupiter en 1995 après un voyage de six ans depuis la Terre, et bien qu'aucune image n'ait été prise lors de son survol rapproché d'Io le 7 décembre 1995 – la lune se trouve dans l'une des ceintures de radiations les plus intenses de Jupiter – la rencontre a néanmoins produit un résultat majeur : la découverte d'un grand noyau de fer, similaire à celui trouvé sur les planètes rocheuses du système solaire interne.
Loki Patera elle-même continue à surprendre les chercheurs même de loin. Le 8 mars 2015, un rare alignement orbital entre Io et Europe a permis aux chercheurs de déterminer que Loki Patera subit deux vagues séparées de réfacing de lave, expliquant pourquoi sa luminosité change à peu près tous les 400 à 600 jours – un rythme volcanique découvert non pas en atterrissant sur Io, mais en observant comment sa lumière a changé alors qu'une autre lune passait brièvement devant elle.