غلاف آيو الجوي

الخصائص الفيزيائية

من جانب آخر، وكلما ابتعدنا عن السطح ازداد تركيز الأكسجين وثنائي الكبريت (S2)، بسبب انخفاض كتلة ذرّات الأكسجين والكبريت مقارنةً بغيرها، وتُقدَّر نسبة الأكسجين إلى ثاني أكسيد الكبريت بين 10% و20% في الغلاف الجوي العلوي، وتوجد هذه الغازات حتى مسافةٍ تبلغ 10 أضعاف نصف قطر آيو. ولآيو ذيلٌ من الصوديوم يشبه ذيل الصوديوم للقمر، كما أن له غلافًا أيونيًا كثافته 2.8×1010 م−3 على ارتفاع 80 كيلومترًا، وهي مماثلة لغلافَي المريخ والزهرة الأيونيين. وكشفت دراسات الاحتجاب بمسبار بيونير 10 لأول مرة أن الغلاف الأيوني على الجانب الليلي أقل كثافةً بكثير. واستنادًا إلى ست عمليات احتجابٍ أجراها مسبار غاليليو عام 1997، تبيّن أن الغلاف الأيوني غير متماثل، إذ تتغيّر كثافة البلازما بحسب خط الطول، وقد رُصدت كثافات قصوى نحو 5×1010 م−3، بلغت في إحدى عمليات الاحتجاب نحو 2.5×1011 م−3. ونظرًا لرقّته، لا يُحدث غلاف آيو الجوي أثرًا كبيرًا في السطح عدا تحريك جليد ثاني أكسيد الكبريت وتوسيع حجم حلقات ترسّب الأعمدة عند عودة مادة العمود إلى الغلاف النهاري الأكثف. وفي كل ثانية يفلت نحو طنٍّ واحد من الغازات من غلاف آيو الجوي إلى الفضاء الخارجي بفعل الغلاف المغناطيسي للمشتري، ولذلك يجب أن يتجدّد الغلاف باستمرار؛ وتدور هذه الغازات حول المشتري مع آيو مكوّنةً حيد بلازما آيو.

كذلك، وعلى السطح يكون ثاني أكسيد الكبريت في اتّزان ضغط بخار مع الصقيع. وترتفع الحرارة إلى 1800 كلفن عند الارتفاعات الأعلى حيث تسمح الكثافة الجوية الأدنى بالتسخين من البلازما في حيد بلازما آيو ومن التسخين الجولي الناتج عن أنبوب تدفّق آيو. ويقتصر الغلاف الجوي النهاري غالبًا على نطاق 40° من خط الاستواء، حيث يكون السطح أدفأ وتوجد أنشط الأعمدة البركانية. ولا يتجاوز الضغط الجوي القطبي 2% من الضغط الجوي الاستوائي، وعند نحو ±40° من خط العرض يصبح الضغط نصف قيمته عند خط الاستواء، وتزداد الكثافة الجوية كلما اقترب آيو من الشمس.

في هذا الإطار، ثاني أكسيد الكبريت هو المكوّن الرئيسي، إذ يشكّل نحو 90% من الضغط الجوي، بينما يشكّل أحادي أكسيد الكبريت نحو 3% إلى 10%. ويتراوح الضغط الجوي من 0.033 إلى 0.3 ميلي باسكال (0.33 إلى 3 نانوبار)، ويُرصد في نصف كرة آيو المقابل للمشتري وعلى امتداد خط الاستواء، وزمنيًا في مطلع بعد الظهر حين تبلغ حرارة صقيع السطح ذروتها. وعلى الجانب الليلي يتجمّد ثاني أكسيد الكبريت فينخفض الضغط الجوي إلى ما بين 0.1×10−7 و1×10−7 باسكال (0.0001 إلى 0.001 نانوبار). وتشير بعض الدراسات إلى أن الغلاف الجوي الليلي يتكوّن من غازاتٍ غير قابلة للتكاثف مثل الأكسجين الذري وأحادي أكسيد الكبريت. والغلاف الجوي على الجانب المقابل للمشتري ليس أكثف فحسب، بل يمتد كذلك على نطاقٍ أوسع من خطوط العرض من الجانب المواجه للمشتري؛ إذ تتراوح كثافة العمود الرأسي عند خط الاستواء من 1.5×1016 سم−2 عند خطوط الطول تحت المشترية إلى 15×1016 سم−2 عند خطوط الطول المقابلة للمشتري.

التوهّج التالي للخسوف

من جهة ثانية، ترتبط كثافة غلاف آيو الجوي ارتباطًا مباشرًا بحرارة السطح؛ فحين يقع آيو في ظل المشتري أثناء الخسوف تنخفض الحرارة، مما يؤدي إلى ترسّب ثاني أكسيد الكبريت وانخفاض الضغط الجوي بنسبة 80%. ويزيد ذلك من عاكسية آيو، فيبدو أكثر سطوعًا حين يُغطّى بالصقيع مباشرةً بعد الخسوف، ثم يعود سطوعه إلى وضعه الطبيعي بعد نحو 15 دقيقة، يُرجَّح أن ذلك بزوال الصقيع بالتسامي. ويمكن رصد التوهّج التالي للخسوف بالمقاريب الأرضية، وقد التقط مسبار كاسيني هذا التوهّج بأطوال موجاتٍ قريبة من تحت الحمراء. وجاء دليلٌ إضافي على هذه النظرية في عام 2013 حين استُخدم مرصد جيميني لقياس انهيار غلاف آيو من ثاني أكسيد الكبريت أثناء خسوفه بالمشتري وإعادة تكوّنه بعده مباشرةً.

التسمية

ومن جهة أخرى، «غلاف آيو الجوي» ترجمةٌ للعنوان الإنجليزي ، ويشير إلى الغطاء الغازي المحيط بقمر المشتري آيو.

المنشأ

ومن جهة أخرى، يُعدّ آيو أكثر الأجرام نشاطًا بركانيًا في المجموعة الشمسية، ويُعتقد أن البراكين من نوع بيلي هي سبب مكوّنات الكبريت في الغلاف الجوي؛ فالأعمدة البركانية تضخّ في المتوسط 104 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكبريت في الثانية إلى غلاف آيو الجوي، وإن كان أغلب ذلك يترسّب ثانيةً على السطح، ثم يُسامي ضوءُ الشمس ثاني أكسيد الكبريت الصلب فيحوّله إلى الحالة الغازية مكوّنًا غلافًا جويًا رقيقًا. ولذلك يكون الضغط الجوي أعلى بكثير قرب البراكين، إذ يبلغ نحو 0.5 إلى 4 ميليباسكال (5 إلى 40 نانوبار)، أي أكبر بنحو 5000 إلى 40000 مرة من ضغط الجانب الليلي لآيو.

في هذا الإطار، وإلى جانب ذلك تتكوّن مكوّناتٌ ثانوية مثل NaCl وSO وO بعمليات أخرى؛ ويُعتقد أن المصدر الرئيسي لكلوريد الصوديوم وكلوريد البوتاسيوم (KCl) بركاني، إذ يُرجَّح أن بعض الفوهات البركانية تطرد هذين الملحين بقليل من ثاني أكسيد الكبريت أو دونه. ويُعتقد أن رشّ السطح بالجسيمات المشحونة القادمة من الغلاف المغناطيسي للمشتري هو منشأ الأنواع NaCl وSO وO وS الموجودة، كما تتكوّن كذلك من التغويز البركاني المباشر. ويُعتقد أن التفكك الضوئي هو منشأ SO وNa وK وCl الموجودة، ويؤدي دورًا مهمًا في الغلاف الجوي عند خطوط العرض العليا؛ ولأنه يحدث أكثر أثناء النهار، يُعتقد أن تركيز الصوديوم أعلى نهارًا.

الشفق

في هذا الإطار، وتُحدث ذرّات الصوديوم توهّجًا أخضر في الشفق، بينما تكون التوهّجات الزرقاء الناتجة عن ثاني أكسيد الكبريت أقرب إلى السطح من التوهّجات الحمراء الناتجة عن الأكسجين، لأن ثاني أكسيد الكبريت أثقل من الأكسجين ومن ثمّ يكون أكثر ارتباطًا بالسطح جاذبيًا، ولذلك تصل التوهّجات الحمراء إلى ارتفاعٍ يبلغ 900 كيلومتر (560 ميلًا). ويتحرّك الشفق عبر آيو مع تغيّر اتجاهه بالنسبة إلى الغلاف المغناطيسي للمشتري أثناء دورانه حول الكوكب.

من جهة ثانية، يشهد آيو أحداث شفق رغم شدة رقّة غلافه الجوي. وخلافًا للأجرام الأخرى التي يحدث فيها الشفق عند القطبين الشمالي والجنوبي، يحدث الشفق في آيو قرب خط الاستواء، لأن الشفق في الأجرام الأخرى ينشأ عن تفاعل غلافها المغناطيسي مع الرياح الشمسية، في حين لا يملك آيو حقلًا مغناطيسيًا خاصًا به، فبدلًا من الرياح الشمسية تتفاعل الجسيمات المشحونة القادمة من الغلاف المغناطيسي للمشتري مع غلاف آيو الجوي مكوّنةً الشفق.