Scott Bolton 1980 nyarán kezdett foglalkozni először az Ióval, közvetlenül azután, hogy az egyetem után a NASA-nál kezdett dolgozni. A Voyager 1 űrszonda pillantotta meg először a Földön kívüli világ aktív vulkanizmusát, amikor elrepült a Jupiter holdja mellett. A szonda felvételein látszott, ahogy a magmás anyag esernyő alakú kitörések formájában az Ió egész felszínéről az űrbe szökik. „Elképesztően szép volt” – mondja Bolton, aki jelenleg a texasi Southwest Research Institute-ban dolgozik:

A Boltonhoz hasonló kutatók azóta is próbálják megérteni az Ió kaotikus vulkanizmusát. Az egyik vezető elmélet szerint a hold kérge alatt egy globális magmaóceán rejtőzik, egy hatalmas, folyékony kőzettömeg. Ez az elmélet jól illeszkedik számos megfigyeléshez, köztük azokhoz, amelyek az Ió vulkánjainak nagyjából egyenletes eloszlását mutatják, amelyek elvileg ugyanazt az egybefüggő, pokoli forrást csapolják meg.

A legújabb információk szerint azonban úgy tűnik, hogy az Ió pokla soha nem létezett. A NASA Juno űrszondája által a vulkanikus hold felett a közelmúltban végrehajtott rárepülések során a szakértők megmérték az Ió gravitációs hatását a Junóra, és az űrszonda apró imbolygásaiból meg tudták határozni a hold tömegeloszlását, és ezáltal belső szerkezetét. A szakértők a Nature című szaklapban számoltak be arról, hogy ezen mérések alapján semmi jelentős folyékony tömeg nem található közvetlenül az Ió kérge alatt. A kutatásban egyelőre a független szakértők sem találnak hibát. „A munka és az eredmények teljesen szilárdnak és elég meggyőzőnek tűnnek” – mondja Katherine de Kleer, a CalTech bolygókutatója.

Az új adatok rengeteg kérdést vetnek fel, amelyek más kőzetégitestekre is kiterjednek. Az Ió vulkanizmusát egy gravitáció által vezérelt mechanizmus, az árapályfűtés hajtja, amely a kőzetet magmává olvasztja, és tör elő a felszínből. Míg az Ió ennek a mechanizmusnak az iskolapéldája, az árapályhatás számos más világot is fűt, köztük az Ió szomszédját, az Európé nevű jeges holdat is, amelyen a hő feltehetően egy felszín alatti, sós vizű óceánt tart fenn. A NASA már útnak is indított egy űrszondát, hogy az Európé légkörét vizsgálva az élet jelei után kutasson, amely a feltételezett óceánban rejtőzhet.

Olvadó magma

A hő a geológia hajtóereje, erre épül minden, a vulkáni tevékenységtől kezdve a légköri kémián át a biológiáig. A hő gyakran az égitest kialakulásából marad vissza, és/vagy radioaktív elemek bomlásából származik. A kisebb égitestek, például a holdak azonban csak apró tartalékokkal rendelkeznek ilyen elemekből és maradékhőből, és amikor ezek a tartalékok kimerülnek, geológiai aktivitásuk leáll. Vagy legalábbis így kellene lennie, de úgy tűnik, hogy valami a Naprendszerben geológiai aktivitást biztosít jó pár kis égitestnek is, jóval azután, hogy már régen el kellett volna állniuk.

Az Ió ennek a rejtélyes társaságnak a legaktívabb tagja, már kinézete is árulkodó: úgy fest, mint egy narancssárga, bíbor és barna színekben pompázó Jackson Pollock-festmény. A folyékony magma felfedezése a bolygókutatás egyik leghíresebb története, mivel már detektálása előtt megjósolták létét.

1979. március 2-án a Science című folyóiratban megjelent egy tanulmány, amelyben a szerzők az Ió különös pályájáról elmélkedtek. A szomszédos holdak helyzete és pályája miatt az Ió pályája inkább elliptikus, mint a körhöz közelítő alakú. És amikor a hold közelebb van a Jupiterhez, erősebb gravitációs vonzás éri a gázóriás részéről, mint amikor távolabb van. A szerzők úgy vélték, hogy a Jupiter gravitációja ezért folyamatosan „gyúrja” az Iót, akár 100 méterrel is felfelé és lefelé mozgatva a felszínét. Ez számításaik szerint rengeteg súrlódási hőt termel: ezt a mechanizmust nevezték árapályfűtésnek.

Mindössze három nappal később a Voyager 1 elrepült az Ió mellett, és rögtön meg is erősítette a teóriát: egy március 8-án készült felvételen két gigantikus, a felszín fölé emelkedő kitörés látszott. Miután minden más okot kizártak, a NASA kutatói arra a következtetésre jutottak, hogy a Voyager egy idegen világ vulkánkitöréseit látta. Felfedezésükről a Science című folyóiratban számoltak be még júniusban, mindössze három hónappal az előrejelzés után.

A bolygókutató közösséget gyorsan lázba hozta az ötlet, hogy az Ión belüli árapályfűtés lehet felelős a felszínen zajló vulkanizmusért. „Az évtizedek óta nyitott kérdés, hogy ez mit jelent a belső szerkezetre nézve” – mondja Mike Sori, a Purdue Egyetem bolygófizikusa. Hová összpontosulhat az Ió belsejében az árapályfűtés, és mennyi hőt generál?

A NASA Galileo űrszondája az ezredforduló környékén tanulmányozta a Jupitert és annak több holdját. Az egyik műszere egy magnetométer volt, és az Ióról kiinduló különös mágneses mezőt észlelt. Úgy tűnt, hogy a jel egy elektromosan vezető folyadékból származik, méghozzá nagy mennyiségű folyadékból. Többéves vizsgálat után a kutatók 2011-ben arra a következtetésre jutottak, hogy a Galileo egy globális magmaóceánt észlelt közvetlenül az Ió kérge alatt.

Hasonló mágneses mezőt detektáltak az Európé kapcsán is – amiről feltételezték, hogy egy hatalmas, sós vízből álló óceán generálja. A következtetések világosnak látszottak: sok sziklás kőzetből az árapályfűtés magmaóceánokat hozhat létre. Sok jégből pedig potenciálisan élhető vízóceánokat formálhat.

Volt-nincs óceán

Mire a Juno űrszonda 2016-ban elkezdett a Jupiter körül keringeni, már széles körben elterjedt volt a vélekedés, hogy az Ión magmaóceán van. Bolton és kollégái azonban duplán ellenőrizni akarták a teóriát. A 2023 decemberében és 2024 februárjában végrehajtott elrepülések során a Juno 1500 kilométerre közelítette meg az Ió megtépázott felszínét. Bár mindenki figyelmét elsősorban az aktív vulkánokról készült képek keltették fel, ezeknek a rárepüléseknek a fő célja az volt, hogy kiderítsék, valóban magmaóceán rejtőzik-e a hold sziklás felszíne alatt.

A vizsgálathoz a csapat egy nem túl nyilvánvaló eszközt használt: a Juno rádiótranszponderét, amely a Földdel kommunikál. Az Ió egyenlőtlenül eloszló tömege miatt gravitációs tere nem tökéletesen szimmetrikus. Ez az egyenlőtlen gravitációs mező finoman megváltoztatja a Juno mozgását, amikor elrepül mellette, és így a szonda egy kicsit gyorsulhat vagy lassulhat.

Ez azt jelenti, hogy a Juno rádióadásai kapcsán a Doppler-effektus tapasztalható, amikor a hullámhossz az Ió aszimmetrikus gravitációs terének hatására kissé eltolódik. Ezeket az apró eltolódásokat vizsgálva Bolton csapata képes volt nagy pontosságú képet alkotni az Ió gravitációs teréről, és ezt felhasználni a hold belső szerkezetének meghatározásához. „Ha valóban létezne egy globális magmaóceán, akkor sokkal több torzulást kellene látnunk, ahogy az Ió kering a Jupiter körül, és ahogy az árapályerők torzítják és megváltoztatják az alakját” – mondta Ashley Davies, a NASA Jet Propulsion Laboratory vulkanológusa, aki nem vett részt az új kutatásban.

Bolton csapata azonban nem talált ilyen mértékű torzulásokat. A következtetésük egyértelmű volt.

– mondta el az eredményekről beszámoló tanulmány társszerzője Ryan Park, a Jet Propulsion Laboratory Juno projektjének kutatója.

De akkor mi más táplálhatja az Ió vulkánjait? A Földön a kéregben különböző mélységekben, különböző típusú magmák különálló tározói találhatók – a robbanásszerű kitöréseket tápláló, kátrányszerű, viszkózus anyagtól kezdve a folyékonyabb, mézszerű anyagig, amely egyes vulkánokból ömlik ki –, amelyek a tektonikus lemezek, a Föld felszínét borító mozgó kirakósdarabok kölcsönhatásai révén jönnek létre. Az Ión nincs lemeztektonika és (talán) nincs is sokféle magma, de a kéreg így is tele lehet magmacsomókkal. Ez volt az egyik eredeti elmélet, amíg a Galileo adatai sokakat meg nem győztek a magmaóceán-elméletről.

Az új kutatás nem zárja ki egy jóval mélyebben fekvő magmaóceán jelenlétét. De ennek olyan vasban gazdag és sűrű magmából kellene állnia (a nagy mélység miatt), hogy nehezen tudna a felszínre törni és az Ió vulkánjait táplálni. „És bizonyos mélységen túl már nehéz megkülönböztetni, hogy mi az, amit még mély magmaóceánnak nevezünk, és mi az, amit már a folyékony magnak” – mondja Park.

Egyesek szerint ez feloldhatatlan problémákat vet fel. A Galileo magnetométere sekély magmaóceánra utaló jeleket észlelt, de a Juno gravitációs adatai ezt határozottan kizárták. „Senki sem igazán vitatja a magnetométer eredményeit, így ezeket kell összeegyeztetni minden mással” – mondja Jani Radebaugh, a Brigham Young Egyetem bolygókutatója.

A szakértők ugyanakkor nem mind értenek egyet a Galileo adatainak értelmezésében. A mágneses jeleket a legjobb bizonyítéknak tekintették a magmaóceán jelenlétére, de valójában nem voltak annyira erősek, mondja Francis Nimmo, a Kaliforniai Egyetem bolygókutatója, az új tanulmány társszerzője. Az indukciós adatok alapján nem lehet különbséget tenni egy részben olvadt (de még szilárd) belső és egy teljesen olvadt magmaóceán között, mondja a szakértő.

Nehéz víz

A legfőbb ok, amiért a kutatók az Iót tanulmányozzák, hogy minél többet tudjanak meg az árapályfűtés alapjairól. Az Ió árapályfűtő motorja továbbra is lenyűgözőnek tűnik, és nyilvánvalóan sok vulkánt tápláló magma keletkezik. De ha nem jön létre a nyomán felszín alatti magmaóceán, akkor ez azt jelenti, hogy az árapályfűtés nem hozhat létre vízóceánokat sem?

A kutatók továbbra is elég biztosak abban, hogy ilyen óceánok létrejöhetnek.

A Cassini űrszonda nemcsak hogy észlelte a létezésének jeleit, hanem közvetlenül mintát is vett belőle, mivel a hold déli pólusán vízgőz tört elő a felszín alól. És bár van némi szkepticizmus azzal kapcsolatban, hogy az Európénak van-e óceánja, a legtöbb kutató egyetért abban, hogy van.

Ami döntő fontosságú, az Ió furcsa mágneses mezejével ellentétben, amely arra látszott utalni, hogy egy óceánnyi folyadékot rejt, az Európé saját Galileo-féle mágneses jele továbbra is robusztus. „Elég világos az eredmény az Európénál” – mondja Robert Pappalardo, a Jet Propulsion Laboratory kutatója. A jeges hold elég messze van a Jupitertől és az Ió intenzív plazmával elárasztott űrkörnyezetétől ahhoz, hogy saját mágneses indukciós jele világos legyen.

De ha mindkét holdat az árapály melegíti, miért csak az Európénak van belső óceánja? Nimmo szerint alapvető különbség van a folyékony vizes óceán és a magmaóceán között, hogy a magma ki akar törni, a víz viszont nem igazán. A folyékony kőzet alacsonyabb sűrűségű, mint a szilárd kőzet, ezért gyorsan akar felemelkedni és előtörni. Az új kutatás szerint az Ió belsejében a magma nincs elég mélyen ahhoz, hogy egy hatalmas, összefüggő óceán alakuljon ki. A folyékony víz azonban szokatlan módon sűrűbb, mint szilárd jeges formája. „A folyékony víz nehéz, ezért óceánná gyűlik össze” – mondja Sori. „Azt hiszem, ez a kutatás legfontosabb üzenete” – teszi hozzá a kutató.

A pokol tornáca

Az a felfedezés, hogy az Ión valószínűleg még sincs kis mélységben magmaóceán, kiválóan demonstrálja, milyen keveset tudunk az árapályfűtésről. „Soha nem értettük igazán, hogy az Ió belsejében hol olvad meg a köpeny, és hogyan jut a köpenyolvadék a felszínre” – mondja de Kleer.

A mi Holdunkon is látszódnak is az ősi árapályfűtés jelei. Kísérőnk legrégebbi kristályai 4,51 milliárd évvel ezelőtt alakultak ki abból az olvadt anyagáramból, amelyet egy óriási becsapódás nyomán a Földből dobódott ki. Úgy tűnik azonban, hogy a holdi kristályok nagy része egy másik, 4,35 milliárd évvel ezelőtti időszakban keletkezett olvadt kőzetekből. Honnan származott ez a későbbi magma?

Nimmo és szerzőtársai a Nature decemberi számában megjelent tanulmányukban felvetettek egy ötletet: talán a Föld holdja is olyan volt, mint az Ió. A Hold akkoriban jóval közelebb volt a Földhöz, és a Föld és a Nap gravitációs mezői egyaránt hatottak rá. Egy bizonyos ponton, amikor mindkettő gravitációs mező hatása nagyjából egyenlő volt, a Hold átmenetileg elliptikus pályára állhatott, és a Föld gravitációs hatása nyomán beindulhatott az árapályfűtés. A belseje így újra megolvadhatott, ami meglepő másodlagos vulkanikus aktivitást indított el.

De hogy pontosan hová koncentrálódott az árapályfűtés a Hold belsejében, és mi olvadt meg, az egyelőre nem világos. Talán ha az Iót sikerül megérteni, akkor a mi holdunkat is jobban fogjuk érteni, ahogy a Naprendszerünk számos más, rejtett árapálymotorral rendelkező égitestjét is. Az Ió vulkanikus gömbje egyelőre frusztrálóan rejtélyes marad. - Ahogy Davies mondja: