Krachtig vulkanisme jupitermaan Io houdt plasma-ring in stand

Io, een van de manen van Jupiter, kent vele raadsels. Zo beweegt hij in zijn baan rond de reuzenplaneet door een plasmaring met de vorm van een autoband. De wisselwerking tussen deze ring en de ijle Io-atmosfeer, waarbij hij materiaal van de Jupitermaan opneemt en via een terugkoppelmechanisme weer verliest, is een stuk duidelijker geworden door een waarnemingsprogramma van zes maanden van een tweetal Amerikaanse astronomen (Science, 10 oktober).

Omdat Jupiter 300 keer zwaarder is dan de aarde, verschilt de geologische geschiedenis van Io sterk van die van onze (dode) Maan. In 1979 scheerden twee Voyagers langs Jupiter en zijn manen en kwamen foto's van Io beschikbaar waarop een desolaat landschap zichtbaar was met inslagkraters, gekleurde lavastolsels en pluimen van actieve vulkanen.

Io beweegt in een ringvormige band van geïoniseerd gas (plasma) rond Jupiter met dezelfde samenstelling als het oppervlak van deze maan. Maar hoe komt dat materiaal van Io in de ring terecht? De vulkaanpluimen reiken lang niet hoog genoeg om aan de zwaartekracht van de maan te ontsnappen.

De oplossing, zo laten de nu gepubliceerde metingen van Michael Brown en Antinin Bouchez zien, is een stapsgewijs proces dat begint met een vulkaanuitbarsting op Io. Die geeft aanleiding tot een ijle atmosfeer met een druk gelijk aan een miljardste deel van die op aarde, en nog verder van de maan weg uitgestrekte neutrale gaswolken. Ook slaat stof neer op het bevroren maanoppervlak, om bij daglicht voor een deel te verdampen. Intussen wordt de plasma-ring door het magnetisch veld van Jupiter op zijn plaats gehouden, waarbij de ionen met hoge snelheid rond de veldlijnen bewegen en tegen het Io-oppervlak slaan. De energie waarmee dit gebeurt is voldoende om materie van het oppervlak te tillen en naar de vergelegen neutrale gaswolken te transporteren. Hoog boven Io worden deze atomen door het plasma gestript: de elektronen schieten los en er blijft een ion over.

Maar waarom raakt de plasma-ring dan niet steeds voller? Voor het eerst komen Brown en Bouchez met een op waarnemingen gebaseerd mechanisme dat dit zelfversterkende effect tegengaat. De Amerikanen onderscheiden twee beperkende factoren. In de eerste plaats schieten ionen voor een gedeelte uit de bocht, en des te meer naarmate de ring drukker bevolkt raakt. Ganymedes en Europa kunnen deze ionen invangen. Onlangs, zo schrijft Melissa McGrath in een begeleidend commentaar in Science, hebben de Hubble Space Telescope en de rond Jupiter draaiende Galileo-satelliet inderdaad bij beide buitenmanen een ijle atmosfeer ontdekt.

Een tweede beperkende factor bij het 'vollopen' van de Io-ionenring is het voorkomen van magnetisme op Io, recentelijk door Galileo ontdekt. Dit schermt de Io-atmosfeer af tegen de plasma-ring.