Io jest najbardziej wewnętrznym i drugim najmniejszym z czterech księżyców Galileusza Jowisza. Nieznacznie większy od naszego Księżyca, jest czwartym co do wielkości naturalnym satelitą w Układzie Słonecznym, ma najwyższą gęstość i najmocniejszą grawitację powierzchniową każdego naturalnego satelity oraz zawiera najmniejszą ilość wody w stosunku atomowym każdego znanego obiektu astronomicznego w Układzie Słonecznym. Jest, innymi słowy, światem superlacji zanim jeszcze dojdziesz do tego, co czyni go sławnym.
Ta sława pochodzi z dołu: z ponad 400 czynnymi wulkanami, Io jest geologicznie najaktywniejszym obiektem w Układzie Słonecznym. Kilka jego wulkanów wyrzuca słupy siarki i dwutlenku siarki aż 500 km wysoko ponad powierzchnię. Jego powierzchnia jest też usiana ponad 100 górami podniesionymi przez rozległą kompresję u podstawy jego skorupy krzemianowej, a niektóre z tych szczytów są wyższe niż Mount Everest.
Io stała się taka, bo została uwięziona w pułapce grawitacyjnej między Jowiszem a jego sąsiednimi księżycami – ucisku, który nigdy nie puszcza i który zamienił zwyczajny kamienny księżyc w najbardziej gwałtownie aktywny świat, jaki znamy.
Pierwszy raz zaobserwowany cztery wieki temu, zrozumiany w 1979 roku
Pierwsza zaobserwowana obserwacja Io została dokonana przez Galileusza Galilei 7 stycznia 1610; Io i Europa zostały zaobserwowane jako oddzielne ciała następnego dnia, 8 stycznia 1610, data którą IAU używa teraz jako oficjalnej daty odkrycia Io. Przez wieki potem, Io była tylko punktem światła – nikt nie podejrzewał, co działo się na jej powierzchni.
To gwałtownie zmieniło się w 1979 roku. Aktywność wulkaniczna na Io została po raz pierwszy odkryta w tym roku przez Lindę Morabito, naukowca zajmującego się przetwarzaniem obrazu pracującego na Voyagerze 1, która dostrzegła niezbity słup wznoszący się z krawędzi księżyca na jednym ze zdjęć statku kosmicznego. Była to pierwsza kiedykolwiek potwierdzona aktywny wulkanizm gdziekolwiek poza Ziemią. Od tego czasu obserwacje statków kosmicznych i astronomów naziemnych ujawniły ponad 150 czynnych wulkanów na Io, z przewidywanym do 400 istniejących do 2024 – ciało zaledwie większe od naszego Księżyca, które może być bardziej wulkanicznie aktywne niż sama Ziemia.
Świat masowany przez grawitację
Wulkanizm Io nie jest przypadkiem wewnętrznej chemii; jest wymuszony. Siły pływowe doświadczane przez Io są około 20 000 razy silniejsze niż siły pływowe doświadczane przez Ziemię od Księżyca, a różnica pionowa w wybrzuszeniu pływowym Io między najbliższym a najdalszym punktem jego orbity może wynosić do 100 metrów – cały księżyc fizycznie się wygina, gdy krąży wokół Jowisza. To wyginanie bezpośrednio wytwarza ciepło, a wynikające z tego grzanie pływowe wytwarza do 200 razy więcej energii niż sam rozpad radioaktywny, co jest mechanizmem, który utrzymuje większość światów skalistych w cieple.
To ciepło musi jakoś uciec, a wulkanizm to jak to robi. Największa depresja wulkaniczna na Io to Loki Patera, która ma 202 km szerokości i jest konsekwentnie najmocniejszym wulkanem na księżycu, przyczyniając się średnio 25% do globalnej produkcji ciepła Io samego – pojedyncza cecha wulkaniczna odpowiadająca za ćwierć całkowitej utraty ciepła wewnętrznego świata.
Tvashtar: Najczęściej obserwowany wulkan Io
W 1999 roku obserwowano zasłonę lawy o długości około 25 km i wysokości 1 do 2 km wybuchającą z patery przy wulkanie Tvashtar – pojedyncze zdarzenie eruptywne wystarczająco duże, aby było obserwowane z teleskopów naziemnych. Lata później statek kosmiczny New Horizons przelecieł obok Io 28 lutego 2007, zdobywając zdjęcia dużego słupa w tym samym regionie Tvashtar, dostarczając pierwsze szczegółowe obserwacje największej klasy jońskich słupów wulkanicznych od czasu obserwacji słupa Pelego w 1979 roku.
Żelazne serce pod siarkowatą skórą
Gwałtowność Io sięga jego struktury. Ma gęstość 3,5275 g/cm³, najwyższą ze wszystkich regularnych księżyców w Układzie Słonecznym – znacznie wyższą niż księżyce Galileusza Ganimedes i Kallisto, których gęstości wynoszą około 1,9 g/cm³ i nieco wyższą niż nasz własny Księżyc wynoszący 3,344 g/cm³. Ta gęstość pochodzi z tego, z czego wykonana jest Io: skała i metal, zasadniczo bez lodu, z jądrem metalicznym stanowiącym około 20% jej całkowitej masy.
Ta sama wewnętrzna kompresja popycha materiał w górę i na zewnątrz przez wulkany. Góry Io osiągają średnio 6 km wysokości i osiągają maksimum około 17,5 km w South Boösaule Montes, zbudowane nie poprzez budowę wulkaniczną, ale poprzez tę samą kompresję skorupy, która wciska lawę na powierzchnię w innym miejscu na księżycu.
Księżyc, który napędza własne pole magnetyczne Jowisza
Wpływ Io nie kończy się na jego własnej powierzchni. Działa jako generator elektryczny w magnetosferze Jowisza, wytwarzając 400 000 woltów przez siebie i tworząc prąd elektryczny 3 milionu amperów, uwalniając jony, które nadmuchują pole magnetyczne Jowisza na ponad dwukrotność jego rozmiaru. Jeden księżyc, innymi słowy, znacząco zmienia kształt środowiska magnetycznego największej planety w Układzie Słonecznym.
Magnetosfera Jowisza odwzajemnia się, usuwając materiał: przeczesuje gazy i kurz z cienkiej atmosfery Io w tempie około 1 tony na sekundę, zasilając ogromną chmurę cząstek, która przeciąga się przez system Jowisza. Io jednocześnie kształtuje pole magnetyczne Jowisza i jest powoli erodowana przez niego.
Badana przez statki kosmiczne, promieniowanie i wszystko
Dotarcie do Io z bliska nigdy nie było łatwe. Statek kosmiczny Galileo dotarł do Jowisza w 1995 roku po sześcioletniej podróży z Ziemi, a chociaż żadne zdjęcia nie zostały wykonane podczas jego bliskiego przelotu obok Io 7 grudnia 1995 – księżyc znajduje się w jednym z najbardziej intensywnych pasów radiacyjnych Jowisza – spotkanie i tak przyniosło ważny wynik: odkrycie dużego żelaznego jądra, podobnego do tego znalezionego na skalnych planetach wewnętrznego Układu Słonecznego.
Sam Loki Patera nadal zaskakuje naukowców nawet z daleka. 8 marca 2015 roku rzadkie wyrównanie orbitalne między Io a Europą pozwoliło naukowcom ustalić, że Loki Patera przechodzi przez dwie oddzielne fale resurface lawy, wyjaśniające, dlaczego jej jasność zmienia się co około 400 do 600 dni – rytm wulkaniczny odkryty nie poprzez lądowanie na Io, ale poprzez obserwowanie, jak jej światło zmienia się, gdy inny księżyc krótko przechodzył przed nią.