И́ó () — спутник Юпитера, самый близкий к планете из четырёх галилеевых спутников. Назван в честь мифологической Ио — жрицы Геры и возлюбленной Зевса. Имеет диаметр 3642 км, что делает его четвёртым по величине спутником в Солнечной системе.
Этот спутник — самое геологически активное тело Солнечной системы, на нём более 400 действующих вулканов. Такая активность обусловлена периодическим нагревом недр спутника в результате трения, которое происходит из-за приливных гравитационных воздействий со стороны Юпитера, Европы и Ганимеда. У некоторых вулканов выбросы серы и диоксида серы настолько сильны, что поднимаются на высоту 500 километров. На поверхности Ио можно заметить более ста гор, которые выросли благодаря сжатию в основании силикатной коры спутника. Некоторые из этих пиков выше Джомолунгмы — например, гора Южная Боосавла превышает её вдвое. В отличие от большинства спутников во внешней части Солнечной системы (которые в основном состоят из водяного льда), Ио в основном состоит из силикатных пород, окружающих расплавленное ядро из железа или сернистого железа. Бо́льшую часть поверхности Ио занимают равнины, покрытые серой или замёрзшим диоксидом серы.
Вулканизм придаёт поверхности Ио уникальные особенности. Вулканический пепел и потоки лавы постоянно изменяют поверхность и окрашивают её в различные оттенки жёлтого, белого, красного, чёрного и зелёного (во многом благодаря аллотропам и соединениям серы). Потоки лавы на Ио достигают длины 500 километров. Вулканические выбросы создают тонкую неоднородную атмосферу Ио и потоки плазмы в магнитосфере Юпитера, в том числе огромный плазменный тор вокруг него.
Ио сыграла значительную роль в развитии астрономии XVII—XVIII веков. Её, вместе с другими галилеевыми спутниками, открыл Галилео Галилей в 1610 году. Это открытие способствовало принятию модели Солнечной системы Коперника, разработке законов движения планет Кеплера и первому измерению скорости света. Ио наблюдали только как яркую точку вплоть до конца XIX — начала XX века, когда стало возможным рассмотреть самые большие детали её поверхности — тёмно-красный полярный и светлый экваториальный районы. В 1979 году два космических корабля «Вояджер» представили Ио миру как активный спутник с многочисленными вулканами, большими горами и геологически молодой поверхностью без заметных ударных кратеров. Космический аппарат «Галилео» выполнил несколько близких пролётов в 1990-х и в начале 2000-х годов, получив данные о внутренней структуре и составе поверхности Ио. Эти космические корабли также обнаружили связь между спутником и магнитосферой Юпитера и радиационный пояс вдоль орбиты Ио. Человек на поверхности Ио получал бы поглощённую дозу радиации около 3600 рад (36 Гр) в день.
В дальнейшем Ио наблюдали космический аппарат «Кассини-Гюйгенс» в 2000 году и космическая межпланетная станция «Новые горизонты» в 2007 году, а также, благодаря развитию технологий, наземные телескопы и космический телескоп «Хаббл».
Номенклатура
Хотя Симон Марий не был признан первооткрывателем галилеевых спутников, для них были приняты данные им названия. В 1614 году вышла его публикация Mundus Iovialis anno M.DC.IX Detectus Ope Perspicilli Belgici, в которой он предложил названия для ближайших спутников Юпитера, включая «Меркурий Юпитерианский» или первую из «Юпитерианских планет». Он поддержал предложение Иоганна Кеплера, сделанное в 1613 году, — называть спутники этой планеты в честь возлюбленных Зевса или его римского эквивалента. Крупнейшую из внутренних лун — Ио — он назвал в честь Ио из греческой мифологии (где он Кеплеру). Потом названия, предложенные Марием, были забыты и вышли из употребления вплоть до середины XX века. В более ранней литературе Ио именуется по планетной принадлежности с добавлением римской цифры, например, «», или просто «первая луна Юпитера».
Детали рельефа Ио именуются в честь персонажей и местностей из мифа об Ио, в честь божеств огня, вулканов, Солнца и грозы из различных мифов, а также в честь персонажей и мест из Ада Данте, подходящих для поверхности вулканической природы. С тех пор как поверхность Ио была достаточно подробно изучена «Вояджером-1», названия получили 225 вулканов, гор, плато и областей с высоким альбедо. Наименованные детали рельефа относятся к таким типам: пате́ра () — вулканический кратер неправильной формы, поток (fluctus) — лавовый поток, долина (vallis) — лавовый канал, эруптивный центр — местность, где заметны первые признаки извержения, гора (mons), столовая гора (mensa), купол (tholus), плато (planum), область (regio). Примерами поименованных структур могут служить столовая гора Пана, патеры Тваштара и область Колхида.
Наблюдения
Первое наблюдение Ио было сделано Галилео Галилеем 7 января 1610 года. Он смог увидеть её при помощи сконструированного им в Падуанском университете рефрактора с 20-кратным увеличением. Однако при первом наблюдении он не смог отделить Ио от другого спутника Юпитера — Европы — и отметил их как один объект. Но уже на следующий день — 8 января 1610 года — он увидел их раздельно (эта дата и признана МАС датой открытия Ио). Открытие Ио и других галилеевых спутников Галилео опубликовал в работе Sidereus Nuncius в марте 1610 года. Симон Марий в своей работе Mundus Jovialis, опубликованной в 1614 году, утверждал, что наблюдал Ио и другие спутники Юпитера ещё в 1609 году, за одну неделю до открытия их Галилеем. Тот выразил сомнения в подлинности этих утверждений и отклонил заявление Мария как плагиат. Но первое зарегистрированное наблюдение Мария датировано 29 декабря 1609 года по юлианскому календарю, что соответствует 8 января 1610 года по григорианскому календарю, которым пользовался Галилей. Поскольку Галилео первым опубликовал работу, ему и приписывают открытие.
В течение двух последующих веков на Ио не могли различить никаких деталей: она наблюдалась только как точка света 5-й величины. В XVII веке Ио и другие галилеевы спутники использовались в различных целях: с их помощью моряки определяли долготу, проверялся третий закон Кеплера о движениях планет, а также определялось время, за которое свет пройдёт расстояние между Юпитером и Землёй. На основе эфемерид, полученных астрономами, такими как Джованни Кассини, Пьер-Симон Лаплас создал математическую теорию, объясняющую орбитальные резонансы Ио, Европы и Ганимеда. Эти резонансы, как обнаружилось позднее, оказали огромное влияние на геологию этих трёх спутников.
В конце XIX и начале XX веков улучшилась технология создания телескопов и появились телескопы с лучшим разрешением. Это позволило астрономам увидеть крупномасштабные детали на поверхности Ио. В 1890-х годах Эдвард Барнард был первым астрономом, который увидел различия яркости между экваториальной и полярной областями Ио и правильно предположил, что они возникают из-за различия цвета и альбедо этих областей, а не по причине того, что Ио имеет овальную форму (как это было предложено астрономом Уильямом Пикерингом) или из-за того, что экваториальная и полярная области являются двумя отдельными объектами (как это было изначально предложено Барнардом). Более поздние телескопические наблюдения за поверхностью Ио подтвердили различие между красновато-коричневой полярной и жёлто-белой экваториальной областью.
Телескопические наблюдения Ио в середине XX века стали наводить на мысль о её чрезвычайной геологической активности. Спектрографические наблюдения показали, что, вероятно, поверхность Ио лишена водяного льда (на других галилеевых спутниках он был найден в изобилии). Те же наблюдения указывают на то, что на поверхности спутника преобладают соли натрия и сера. Радиотелескопические наблюдения Ио показали её влияние на магнитосферу Юпитера, о чём свидетельствуют всплески на декаметровых волнах, происходящие с периодом, равным орбитальному периоду спутника.
Важным для науки было покрытие Ио звезды Бета Скорпиона 14 мая 1971 года в 2:00 UTC, чрезвычайно редкое для такой яркой звезды событие. Оно позволило в 1972 году получить очень хорошую оценку среднего радиуса Ио: 1818±5 км.
«Пионер» Первыми космическими аппаратами, которые сблизились с Ио, были аппараты-близнецы «Пионер-10» и «Пионер-11», пролетавшие возле неё 3 декабря 1973 года и 2 декабря 1974 года соответственно. Радиослежение за ними позволило уточнить массу Ио. Эти данные, вместе с данными о её размерах, показали, что Ио имеет самую большую среди галилеевых спутников плотность и состоит из силикатных пород, а не водяного льда. При помощи «Пионеров» удалось также заметить тонкий слой атмосферы Ио и интенсивный радиационный пояс возле её орбиты. Камера на борту «Пионера-11» дала хорошее изображение северной полярной области Ио. Детальные снимки должен был сделать и «Пионер-10», но эти наблюдения не удались из-за неправильной работы аппаратуры при высокой радиации.
«Вояджер»
Пролёты зондов-близнецов «Вояджер-1» и «Вояджер-2» мимо Ио в 1979 году, благодаря их более совершенной системе съёмки, дали гораздо более детальные изображения спутника. «Вояджер-1» пролетал мимо спутника 5 марта 1979 года на расстоянии . Изображения, снятые во время этого пролёта, показали странный разноцветный пейзаж, лишённый ударных кратеров. На снимках с высоким разрешением видна относительно молодая поверхность, испещрённая ямами странной формы, горами выше Джомолунгмы и веществом, напоминающим потоки лавы.
Вскоре после пролёта «Вояджера-2» инженер навигации «Вояджера» Линда Морабито заметила шлейф, исходящий от поверхности на одном из изображений. При анализе снимков с «Вояджера-1» было замечено девять таких шлейфов, что доказывает наличие вулканической активности на Ио. Она была предсказана в работе Стэна Дж. Пила, Патрика Кассена и Р. Т. Рейнольдса незадолго до получения снимков с «Вояджера-1». Авторы вычислили, что недра Ио должны испытывать существенное периодическое нагревание, вызванное орбитальным резонансом Ио с Ганимедом и Европой. Данные, полученные от «Вояджера-1», показали, что на поверхности Ио преобладает сера и замороженный оксид серы. Они преобладают и в тонком слое атмосферы Ио и торе плазмы, сосредоточенной на его орбите (что также следует из наблюдений «Вояджера»).
«Вояджер-2» прошёл от Ио на расстоянии 9 июля 1979 года. Хотя этот космический аппарат не приближался к спутнику так, как «Вояджер-1», при сравнении их снимков удалось обнаружить несколько поверхностных изменений, произошедших за четыре месяца между пролётами. Кроме того, наблюдения за Ио после отдаления «Вояджера-2» от системы Юпитера показали, что семь из девяти шлейфов, наблюдавшихся в марте, проявляли активность и в июле 1979 года и только вулкан Пеле выглядел пассивно.
«Галилео»
Космический аппарат «Галилео» достиг Юпитера в 1995 году (через шесть лет после старта с Земли). Его целью было продолжение и уточнение исследований «Вояджеров» и наземных наблюдений прошлых лет. Местоположение Ио в пределах одного из самых интенсивных радиационных поясов Юпитера исключило возможность длительных близких исследований, но «Галилео» пролетел довольно близко к Ио перед выходом на орбиту, нужную для выполнения своей основной задачи — подробного изучения системы Юпитера. Хотя во время этого пролёта, произошедшего 7 декабря 1995 года, не было сделано ни единого снимка, он принёс значительные результаты: было открыто железное ядро Ио, подобное ядру каменных планет Солнечной системы.