Io è la più interna e la seconda più piccola delle quattro lune galileiane di Giove. Leggermente più grande della Luna terrestre, è il quarto satellite naturale più grande del Sistema Solare, ha la densità più alta e la gravità superficiale più forte di qualsiasi satellite naturale, e contiene la minore quantità di acqua per rapporto atomico di qualsiasi oggetto astronomico conosciuto del Sistema Solare. È, in altre parole, un mondo di superlativi ancora prima di arrivare a ciò che la rende famosa.
Quella fama viene dal basso: con più di 400 vulcani attivi, Io è l'oggetto geologicamente più attivo del Sistema Solare. Molti dei suoi vulcani lanciano pennacchi di zolfo e anidride solforosa fino a 500 km sopra la superficie. La sua superficie è anche costellata di più di 100 montagne sollevate da una compressione estesa alla base della sua crosta silicea, e alcuni di questi picchi sono più alti del Monte Everest.
Io si è formata così perché catturata in una morsa gravitazionale tra Giove e le sue lune vicine – una pressione che non si lascia mai andare, e che ha trasformato una luna rocciosa altrimenti ordinaria nel mondo più violentemente attivo che conosciamo.
Scoperta quattro secoli fa, compresa nel 1979
La prima osservazione segnalata di Io è stata fatta da Galileo Galilei il 7 gennaio 1610; Io ed Europa sono stati visti come corpi separati il giorno seguente, l'8 gennaio 1610, data ora utilizzata dall'IAU come data di scoperta ufficiale di Io. Per secoli dopo, Io era semplicemente un punto di luce – nessuno sospettava cosa stesse accadendo sulla sua superficie.
Ciò è cambiato bruscamente nel 1979. L'attività vulcanica su Io è stata scoperta per la prima volta in quell'anno da Linda Morabito, una scienziata di immagini che lavorava su Voyager 1, che ha individuato un inconfondibile pennacchio che si elevava dal lembo della luna in una delle immagini del veicolo. Era la prima volta che il vulcanismo attivo era stato confermato in qualsiasi luogo al di là della Terra. Da allora, le osservazioni da parte di veicoli spaziali e astronomi terrestri hanno rivelato più di 150 vulcani attivi su Io, con fino a 400 previsti di esistere a partire dal 2024 – un corpo a malapena più grande della Luna che potrebbe essere più vulcanicamente attivo della Terra stessa.
Un mondo modellato dalla gravità
Il vulcanismo di Io non è una coincidenza della chimica interna; è forzato. Le forze di marea sperimentate da Io sono circa 20.000 volte più forti delle forze di marea che la Terra sperimenta dalla Luna, e la differenza verticale nel rigonfiamento di marea di Io tra i punti più vicini e più lontani della sua orbita può essere fino a 100 metri – l'intera luna si flette fisicamente mentre gira intorno a Giove. Quella flessione genera calore direttamente, e il riscaldamento da marea risultante produce fino a 200 volte più energia di quella che il decadimento radioattivo da solo genererebbe, che è il meccanismo che mantiene la maggior parte dei mondi rocciosi caldi all'interno.
Quel calore deve sfuggire in qualche modo, e il vulcanismo è il modo in cui lo fa. La più grande depressione vulcanica su Io è Loki Patera, larga 202 km, ed è costantemente il vulcano più forte della luna, contribuendo in media al 25% della produzione globale di calore di Io da solo – un singolo vulcano responsabile di un quarto della perdita di calore interno di un intero mondo.
Tvashtar: il vulcano più osservato di Io
Nel 1999, è stato osservato un sipario di lava di circa 25 km di lunghezza e 1-2 km di altezza eruttare da una patera al vulcano Tvashtar – un singolo evento eruttivo abbastanza grande per essere tracciato dai telescopi terrestri. Anni dopo, il veicolo spaziale New Horizons ha sorvolato Io il 28 febbraio 2007, catturando immagini di un grande pennacchio nella stessa regione di Tvashtar, fornendo le prime osservazioni dettagliate della più grande classe di pennacchio vulcanico ionico dal pennacchio di Pele osservato nel 1979.
Un cuore di ferro sotto una pelle di zolfo
La violenza di Io si estende nella sua struttura. Ha una densità di 3,5275 g/cm³, la più alta di qualsiasi luna regolare del Sistema Solare – significativamente più alta delle lune galileiane Ganimede e Callisto, le cui densità si aggirano intorno a 1,9 g/cm³, e leggermente più alta della nostra stessa Luna a 3,344 g/cm³. Quella densità proviene da ciò che è fatto Io: roccia e metallo, essenzialmente nessun ghiaccio, con un nucleo metallico che costituisce circa il 20% della sua massa totale.
Quella stessa compressione interna spinge il materiale verso l'alto così come verso l'esterno attraverso i vulcani. Le montagne di Io raggiungono in media 6 km di altezza e raggiungono un massimo di circa 17,5 km presso South Boösaule Montes, costruite non dalla costruzione vulcanica ma dalla stessa compressione crustale che stringe la lava verso la superficie altrove sulla luna.
Una luna che alimenta il suo stesso campo magnetico di Giove
L'influenza di Io non si ferma alla sua stessa superficie. Agisce come un generatore elettrico nella magnetosfera di Giove, sviluppando 400.000 volt attraverso se stesso e creando una corrente elettrica di 3 milioni di ampere, rilasciando ioni che gonfiano il campo magnetico di Giove a più del doppio della dimensione che avrebbe altrimenti. Un'unica luna, in altre parole, riprogetta significativamente l'ambiente magnetico del pianeta più grande del Sistema Solare.
La magnetosfera di Giove restituisce il favore strappando via il materiale: raccoglie gas e polvere dall'atmosfera sottile di Io a una velocità di circa 1 tonnellata al secondo, alimentando una vasta nuvola di particelle che si trascinano attraverso il sistema gioviano. Io sta contemporaneamente plasmando il campo magnetico di Giove e venendo lentamente erosa da esso.
Studiato da veicoli spaziali, radiazioni e tutto
Raggiungere Io da vicino non è mai stato facile. Il veicolo spaziale Galileo è arrivato a Giove nel 1995 dopo un viaggio di sei anni dalla Terra, e sebbene nessuna immagine sia stata acquisita durante il suo sorvolo ravvicinato di Io il 7 dicembre 1995 – la luna si trova all'interno di una delle cinture di radiazioni più intense di Giove – l'incontro ha comunque prodotto un risultato importante: la scoperta di un grande nucleo di ferro, simile a quello trovato sui pianeti rocciosi del sistema solare interno.
Loki Patera stessa continua a sorprendere i ricercatori anche da lontano. L'8 marzo 2015, un raro allineamento orbitale tra Io ed Europa ha permesso ai ricercatori di determinare che Loki Patera subisce due onde separate di risurfacing di lava, spiegando perché la sua luminosità cambia approssimativamente ogni 400-600 giorni – un ritmo vulcanico scoperto non atterrando su Io, ma osservando come la sua luce cambiava mentre un'altra luna le passava brevemente davanti.