Io (lune) - Définition

Interaction avec la magnétosphère jovienne

L'orbite d'Io traverse également les lignes du champ magnétique de Jupiter, ce qui génère un courant électrique.

Bien que ce ne soit pas une grande source d'énergie comparé à l'échauffement dû aux forces de marée, ce courant dissipe une puissance de plus de 1 térawatt avec un potentiel de 400 000 volts.

Ce courant électrique entraîne au loin des atomes ionisés provenant d'Io à un taux de mille kilogrammes par seconde.

Ces particules ionisées forment un tore qui rayonne intensément dans l'ultraviolet autour de Jupiter.

Les particules qui s'échappent de ce tore sont partiellement responsables de la magnétosphère exceptionnellement étendue de Jupiter. Des données récentes provenant de la sonde Galileo indiquent qu'Io pourrait posséder son propre champ magnétique.

L'emplacement d'Io vis-à-vis de la Terre et de Jupiter a une forte influence sur l'intensité des émissions d'ondes radio joviennes captées sur Terre.

Jupiter est en effet une source intense et irrégulière d'ondes radio dans le domaine de 500 kHz à 40 MHz, et ces émissions radio semblent contrôlées par son satellite Io.

Orbite et rotation

Animation schématisant la résonance entre Io, Europe et Ganymède.

Io orbite autour de Jupiter à 421 700 km du centre de la planète et 350 000 km du sommet de son atmosphère. Son orbite se situe entre celles de Thébé et d'Europe ; Io est le 5^e satellite le plus proche de Jupiter et la plus interne des lunes galilléennes. Il parcourt son orbite en 42,5 h.

Io est en résonance orbitale 2:1 avec Europe et 4:1 avec Ganymède : quand Europe parcourt une orbite, Io en parcourt deux ; similairement, Io conclut quatre orbites pour une seule de Ganymède. Cette résonance perpétue l'excentricité orbitale d'Io (0,0041) et produit ainsi la principale source de chaleur pour son activité géologique. Sans cette résonance, l'orbite d'Io serait plus circulaire, conduisant à un monde nettement moins actif.

Comme les autres satellites internes de Jupiter, Io tourne sur elle-même de façon synchrone : sa période orbitale est égale à sa période de rotation et Io pointe toujours la même face vers Jupiter. Cette particularité définit le système des longitudes sur Io : son premier méridien et son équateur se rencontrent au point subjovien.

Observations

Découverte

Galilée, découvrit Io le 7 janvier 1610

La première observation connue d'Io est réalisée par Galilée le 7 janvier 1610. La découverte d'Io et des autres satellites galiléens est publiée par l'astronome dans son ouvrage Sidereus Nuncius en mars 1610. En 1614, dans son Mundus Jovialis, Simon Marius prétend avoir découvert ces objets en 1609, une semaine avant Galilée. Quelle que soit la validité des propos de Marius (Galilée, par exemple, le considère comme un imposteur et un plagiaire), Galilée est considéré comme le découvreur d'Io, ayant publié cette découverte le premier.

Observations au télescope

Pendant les deux siècles et demi suivants, Io demeure un point lumineux non résolu dans les télescopes. Au cours du XVII^e siècle, Io et les autres satellites galiléens sont utilisés de diverses façons, comme d'aider les marins à déterminer leur longitude, valider la troisième loi de Kepler ou déterminer la durée que met la lumière pour parcourir la distance entre Jupiter et la Terre. Sur la base d'éphémérides produites par Cassini, Laplace crée une théorie mathématique pour expliquer la résonance orbitale d'Io, Europe et Ganymède.

Les progrès des télescopes à la fin du XIX^e siècle permettent aux astronomes de résoudre les grandes caractéristiques de la surface d'Io. Dans les années 1890, Edward E. Barnard observe des variations de la luminosité d'Io entre ses régions équatoriales et polaires, en déduisant correctement qu'elles sont dues à des différences de couleur et d'albédo entre ces deux régions, et non pas à une hypothétique forme d'œuf du satellite, comme proposé par William Pickering, ou même deux objets séparés, proposition initiale de Barnard. Par la suite, les observations confirment la couleur brune-rouge des régions polaires et la couleur jaune-blanche de la bande équatoriale.

Les observations télescopiques du milieu du XX^e siècle commencent à mettre en évidence la nature inhabituelle d'Io. Les observations spectroscopiques suggèrent que la surface d'Io est vierge de glace d'eau (une substance trouvée en grande quantité sur les autres satellites galiléens). Les mêmes observations indiquent que la surface est dominée par des sels de sodium et de soufre. Les observations au radiotélescope révèlent l'influence d'Io sur la magnétosphère de Jupiter.

Sondes spatiales

Pioneer

Pioneer 10 et Pioneer 11 sont les premières sondes spatiales à atteindre Io, le 3 décembre 1973 pour la première et le 2 décembre 1974 pour la seconde. Leur passage permet de mieux estimer la masse et la taille d'Io et suggère que le satellite possède la plus forte densité des lunes galiléennes et est principalement composé de roches plutôt de glace. Les sondes Pionner révèlent la présence d'une mince atmosphère sur Io, ainsi qu'une intense ceinture de rayonnement près de son orbite. La caméra de Pioneer 11 prend la seule image correcte de Io, montrant sa région polaire nord. Des images rapprochées sont prévues pendant le passage de Pioneer 10, mais le fort rayonnement provoque la perte des observations.

Voyager

La sonde voyager 1 qui survola la lune Io le 5 mars 1979.

Voyager 1 survole Io le 5 mars 1979 à 20 600 km de distance. Les images prises montrent une surface jeune et multicolore, vierge de tout cratère d'impact, ponctuée de montagnes plus hautes que l'Eversest et de zones ressemblant à des coulées de lave.

Après ce survol, l'ingénieur de navigation Linda A. Morabito remarque un panache provenant de la surface sur l'une des images. L'analyse des autres photographies met en évidence neuf panaches dispersés sur la surface, prouvrant l'activité volcanique d'Io. Cette conclusion est prédite peu avant l'arrivée de Voyage 1 par Stan J. Peale, Patrick Cassen et R. T. Reynolds. Ils calculent que l'intérieur du satellite doit être suffisamment réchauffé par les forces de marée du fait de sa résonance orbitale avec Europe et Ganymède. Les données du survol montrent que la surface d'Io est dominée par des composés de soufre et de dioxyde de soufre. Ces composés prédominent dans l'atmosphère et le tore de plasma centré sur l'orbite d'Io, également découvert par Voyager.

Voyager 2 survole Io le 9 juillet 1979 à 1 130 000 km d'altitude. La comparaison des images prises par les deux sondes indique que la surface s'est modifiée pendant les quatre mois d'intervale entre les survols. Une observation d'Io sous forme de croissant par Voyager 2 montre que huit des neuf panaches observés en mars sont toujours actifs en juillet, seul le volcan Pélé ayant cessé son activité.

Galileo

La sonde Galileo arrive dans le système jovien en 1995. La situation d'Io, à l'intérieur d'une des plus intenses ceinture de rayonnement de Jupiter, interdit un survol prolongé du satellite, mais Galileo le survole rapidement avant de se placer en orbite autour de Jupiter, le 7 décembre 1995. Aucune image n'est prise, mais la sonde découvre la présence d'un noyau métallique, similaire à ceux des planètes internes du système solaire.

Malgré l'absence de photographies proches et plusieurs problèmes techniques réduisant le nombre de données retournées, plusieurs découvertes sont faite par Galileo pendant sa mission initale. La sonde observe une éruption majeure sur Pillan Patera et confirme la composition des éruptions volcaniques. Le satellite est photographié de loin presque à chaque révolution de la sonde. De nombreux volcans actifs sont découverts, ainsi que de nombreuses montagnes et une surface très active.

La mission de Galileo est étendue à deux reprises, en 1997 et en 2000. La sonde survole Io trois fois à la fin 1999 et au début 2000, et trois autres fois à la fin 2001 et au début 2002. Ces survols révèlent les processus géologiques se produisant sur les volcans et les montagnes d'Io, excluent l'existence d'un champ magnétique et démontre l'étendue de l'activité volcanique. En décembre 2000, la sonde Cassini, en route vers Saturne, observe conjointement le satellite avec Galileo. Ces observations révèle un nouveau panache sur Tvashtar Paterae.

Observations ultérieures

Modifications de la surface d'Io dans les huit ans entre les observations de Galileo et New Horizons.

Après le sabordage de Galileo dans l'atmosphère jovienne en septembre 2003, les nouvelles observations du volcanisme d'Io proviennent des télescopes terrestres. En particulier, l'optique adaptive du télescope Keck à Hawaii et les photographies du télescope spatial Hubble permettent de suivre l'évolution des volcans du satellite.

La sonde New Horizons, en route vers Pluton, survole le système jovien le 28 février 2007. Les observations révèlent un énorme panache sur Tvashtar. New Horizons photographie également un volcan près de Girru Patera dans les premiers stades d'une éruption.