Io: Gashülle kollabiert im Jupiterschatten

Atmosphäre des Jupitermonds friert bei jeder Passage im Planetenschatten aus

Jeden Tag ein Kollaps: Astronomen haben erstmals beobachtet, was auf dem Jupitermond Io passiert, wenn er im Schatten des Gasriesen verschwindet. Wie sie feststellten, kühlt der Mond so stark ab, dass fast seine gesamte Gashülle kollabiert und sich als Schwefeldioxid-Eis auf der Oberfläche ablagert. Sobald Io aber wieder den Jupiterschatten verlässt, gast dieses Eis wieder aus und die Gashülle erholte sich.

Die dünne Schwefedioxid-Atmosphäre des Jupitermonds Io kollabiert jedes Mal, wenn der Mond in den Planetenschatten eintritt.

Der innerste Jupitermond Io ist kein sehr gemütlicher Ort. Auf dem vulkanisch aktivsten Mond des Sonnensystems speien Feuerberge ständig Schwefel, brodelnde Glut und Lavafontänen. Unter der Oberfläche schwappt, aufgeheizt von den enormen Gezeitenkräften des nahen Gasriesen Jupiter, ein Magmaozean.

Zwei Stunden Sonnenfinsternis pro Tag

Doch wie sich jetzt zeigt, sorgt noch ein weiterer Faktor für dynamische Veränderungen auf Io. Während der gut 3.600 Kilometer große Mond um den Jupiter kreist, taucht er alle 1,7 Erdentage in den tiefen Schatten dieses Planeten ein. Von der Io-Oberfläche aus gesehen ereignet sich dann jedes Mal eine Sonnenfinsternis – die immerhin zwei Stunden lang anhält.

Während dieser Sonnenfinsternis liegt die komplette Oberfläche des Jupitermonds im kalten Dunkel des Alls. Welche Folgen dies hat, ließ sich jedoch bisher nie direkt beobachten, weil der Mond bei seinen Eklipsen zu tief im Schatten des Jupiter liegt. Doch mit Hilfe des TEXES-Spektrografen am Gemini North Teleskop auf Hawaii ist es nun Constantine Tsang vom Southwest Research Institute (SwRI) und seine Kollegen erstmals gelungen, diesen Schatten zu durchdringen.

Eintauchen in den kalten Schatten: Io erlebt jeden Tag zwei Stunden lang eine Sonnenfinsternis.

Kollaps der Atmosphäre

Der Spektrograf machte die Wärmesignatur der dünnen Schwefeldioxid- Atmosphäre von Io sichtbar und erlaubte es so, deren Veränderungen während der Verdunkelung live mitzuverfolgen. Und wie sich zeigt, tut sich dabei Einiges: Sobald Io in den Jupiterschatten eintaucht, beginnen die Temperaturen seiner Atmosphäre rapide zu fallen – von minus 148 bis auf minus 167 Grad Celsius.

Gleichzeitig jedoch dünnt die Atmosphäre des Jupitermonds messbar aus: "Die atmosphärische Dichte sinkt während der Eklipse um das Fünffache ab", berichten die Forscher. Die ohnehin schon dünne Gashülle Ios kollabiert dadurch während der Verdunkelung fast völlig. "Dies ist das erste Mal, dass jemand dieses Phänomen direkt beobachten konnte", sagt Tsang.

Im Jupiterschatten friert das SO2 der Io-Gashülle aus und wird erst wieder gasförmig, wenn der Mond wieder von der Sonne beschienen wird.

Dynamischer Wechsel von Gefrieren und Ausgasen

Der Grund für den Kollaps: Das Schwefeldioxid der Io-Atmosphäre friert in der Kälte der Sonnenfinsternis aus und lagert sich als "Schnee" auf der Oberfläche des Mondes ab. Erst wenn der Jupitermond wieder aus dem Jupiterschatten herauswandert und das Sonnenlicht seine Oberfläche erwärmt, gast dieser Schnee wieder aus - die Atmosphäre regeneriert sich.

"Das bestätigt, dass die Gashülle von Io sich in einem ständigen Wechsel von Kollaps und Regeneration befindet", erklärt Koautor John Spencer vom SwRI. "Ein großer Anteil der Io-Atmosphäre wird durch die Sublimation des SO2-Eises genährt." Das wiederum bedeutet, dass zwar die vielen Vulkane auf Io die ursprüngliche Quelle seiner Schwefeldioxid-Hülle sind. Die alltäglichen Schwankungen des atmosphärischen Drucks aber werden vom Licht der fernen Sonne beeinflusst.

"Wir haben das schon länger vermutet, aber erst jetzt können wir zusehen, wie es passiert", sagt Spencer. Das trage dazu bei, das Verhalten und die Eigenheiten dieses vulkanisch so aktiven Monds besser zu verstehen. (Journal of Geophysical Research, 2016; doi: 10.1002/2016JE005025)

(Southwest Research Institute, 04.08.2016 - NPO)