Io (Jupiter I)

Avec plus de 400 volcans actifs, Io est l'objet le plus géologiquement actif du Système solaire. Cette activité géologique extrême est le résultat d'un réchauffement par effet de marée dû au frottement engendré à l'intérieur de la lune par ses interactions gravitationnelles avec Jupiter et les autres satellites galiléens — notamment Europe et Ganymède avec lesquelles elle est en résonance orbitale. Ces volcans produisent des panaches de soufre et de dioxyde de soufre qui s'élèvent à plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de la surface puis recouvrent les vastes plaines de la lune d'une couche givrée de matériaux. Les panaches, associés aux coulées de lave pouvant s'étendre sur plus de 500 km de longueur, produisent de grands changements de surface et la peignent dans diverses nuances de jaune, rouge, blanc, noir et vert. Les matériaux produits par ce volcanisme constituent d'une part l'atmosphère mince et inégale de Io, et produisent d'autre part un grand tore de plasma autour de Jupiter du fait de leur interaction avec la magnétosphère de la planète.

Cette surface est également parsemée de plus de 100 montagnes qui sont soulevées par des phénomènes tectoniques à la base de la croûte de silicate. Certains de ces sommets sont plus hauts que le mont Everest, bien que le rayon de Io soit 3,5 fois plus petit que celui de la Terre et environ égal à celui de la Lune. Contrairement à la plupart des lunes du Système solaire externe, qui sont notamment composées de glace d'eau, Io est composée de roche de silicate entourant un noyau de fer fondu ou de pyrite.

Aux xvii^e et xviii^e siècles, Io joue un rôle important dans le développement de l'astronomie. Observée pour la première fois en janvier 1610 par Galilée avec les autres satellites galiléens, cette découverte favorise par exemple l'adoption du modèle copernicien du Système solaire. C'est l'astronome Simon Marius, affirmant avoir découvert l'astre avant Galilée, qui la nomme ainsi, d'après le personnage de la mythologie grecque Io, une prêtresse d'Héra et amante de Zeus. À la fin du xix^e siècle, il devient enfin possible de résoudre ses caractéristiques de surface, telles que ses régions polaires rouge foncé et celles équatoriales brillantes. En 1979, les sondes spatiales du programme Voyager révèlent son activité géologique et les caractéristiques de sa jeune surface sans cratères d'impact. Ensuite, Galileo effectue plusieurs survols rapprochés dans les années 1990 et au début des années 2000, obtenant des données sur sa structure interne, la composition de sa surface et son influence sur la magnétosphère de Jupiter. Depuis, d'autres observations sont faites par les sondes Cassini-Huygens, New Horizons et Juno, ainsi que depuis la Terre via des télescopes au sol ou le télescope spatial Hubble.

Tableau complet des caractéristiques de Io

Io Jupiter I
Io prise en 1999 par Galileo
Type	Satellite naturel de Jupiter
Caractéristiques orbitales (Époque 16 janvier 1997)
Demi-grand axe	421 800 km
Périapside	420 000 km
Apoapside	423 400 km
Excentricité	0,004 1
Période de révolution	1,769 d
Inclinaison	0,036°
Caractéristiques physiques
Diamètre	3 643,2±1,0 km
Masse	8,93×1022 kg
Masse volumique moyenne	(3,528 ± 0,006) × 103 kg/m3
Gravité à la surface	1,80 m/s2
Vitesse de libération	2,6 km/s
Période de rotation	1,769 d synchrone
Magnitude apparente	5,02 à l'opposition
Albédo moyen	0,63 ± 0,02
Température de surface	moyenne : 130 K min : 80 K max : 2 000 K
Caractéristiques de l'atmosphère
Pression atmosphérique	Traces
Découverte
Découvreur	Galilée
Date de la découverte	8 janvier 1610

Atmosphère

Composition

Io possède une atmosphère extrêmement mince — la pression atmosphérique moyenne y est de 1 µPa, soit 10¹¹ fois plus faible que l'atmosphère terrestre — composée principalement de dioxyde de soufre SO₂, avec des constituants mineurs tels que le monoxyde de soufre SO, le chlorure de sodium NaCl ainsi que le soufre S et l'oxygène O atomiques^,. Ces gaz sont produits majoritairement par le volcanisme actif de la lune via dégazage direct ou par photolyse causée par le rayonnement ultraviolet solaire sur le SO₂ produisant des cations soufre et oxygène : S⁺, O⁺, S²⁺ et O²⁺. Une pulvérisation cathodique de dépôts de surface par des particules chargées de la magnétosphère de Jupiter se produit également. L'atmosphère est ténue du fait de la gravité trop faible de la lune pour retenir une atmosphère plus dense, son épaisseur atteignant tout de même 120 km à son maximum.

À la différence des autres satellites galiléens, Io ne possède que peu ou pas d'eau dans son atmosphère et est même l'objet connu du Système solaire possédant le moins d'eau^,. Cela est probablement une conséquence du fait qu'au début de l'évolution du Système solaire, Jupiter était assez chaude pour chasser les éléments volatils à proximité de Io mais pas assez chaude pour faire de même avec ses autres lunes

Exploration spatiale

Pioneer

Pioneer 10 et Pioneer 11 sont les premières sondes spatiales à atteindre Io, les 3 décembre 1973 et 2 décembre 1974 respectivement^,. Leurs survols et le suivi radio permettent de mieux estimer la masse et la taille de Io suggèrant que le satellite possède la densité la plus élevée des satellites galiléens et est ainsi principalement composé de roches silicatées plutôt que de glace d'eau. Les sondes Pionner révèlent la présence d'une mince atmosphère sur Io, ainsi qu'une ceinture de rayonnements intenses près de son orbite.

La caméra de Pioneer 11 prend une seule image correcte de Io, montrant sa région polaire nord. Des prises d'images rapprochées étaient prévues pour le passage de Pioneer 10, mais le fort rayonnement entourant la lune a finalement provoqué la perte de ces observations.

Voyager

Quand les sondes jumelles Voyager 1 et Voyager 2 visitent Io en 1979, leur système d'imagerie plus avancé permet d'obtenir des images beaucoup plus détaillées. Voyager 1 survole Io le 5 mars 1979 à 20 600 km de sa surface. Les images prises montrent une surface jeune et multicolore, vierge de tout cratère d'impact et ponctuée de montagnes plus hautes que l'Everest 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, prouvant l'activité volcanique de Io. Cette conclusion est prédite peu avant l'arrivée de Voyager 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 révèlent que la surface de 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 de Io, également découvert par Voyager 1^,,.

Voyager 2 survole Io le 9 juillet 1979 à une distance de 1 130 000 km. Bien qu'elle ne se soit pas autant approchée que Voyager 1, des comparaisons entre les images prises par les deux engins spatiaux révèlent plusieurs changements de surface survenus au cours des quatre mois d'intervalle entre les survols. Une observation de Io sous forme de croissant par Voyager 2 montre que huit des neuf panaches observés en mars 1979 sont toujours actifs en juillet, seul le volcan Pélé ayant cessé son activité.

Galileo

La sonde spatiale Galileo arrive dans le système jovien en 1995 après un trajet de six ans depuis la Terre pour suivre les découvertes des deux sondes Voyager et les observations au sol prises dans les années intermédiaires. L'emplacement de Io dans l'une des ceintures de rayonnement les plus intenses de Jupiter empêche un survol prolongé du satellite, mais Galileo le survole rapidement avant de se placer en orbite autour de Jupiter deux ans, le 7 décembre 1995. Bien qu'aucune image ne soit prise lors de ce survol rapproché, la rencontre renvoie des résultats significatifs tels que la découverte de son large noyau de fer, similaire à celui trouvé dans les planètes telluriques du Système solaire interne^,.

En dépit du manque d'imagerie rapprochée et des problèmes mécaniques qui limitent considérablement la quantité de données renvoyées, plusieurs découvertes importantes sont faites pendant la mission principale de Galileo. La sonde observe les effets d'une éruption majeure de Pillan Patera et confirme que les éruptions volcaniques sont composées de magmas silicates avec des compositions mafiques et ultramafiques riches en magnésium. Du dioxyde de soufre et du soufre servant un rôle similaire à l'eau et au dioxyde de carbone sur Terre. Une imagerie distante de Io est acquise presque à chaque révolution de la sonde au cours de la mission principale, révélant un grand nombre de volcans actifs (à la fois grâce aux émissions thermiques du refroidissement du magma à la surface et aux panaches volcaniques), de nombreuses montagnes aux morphologies très variées et plusieurs changements de surface qui s'étaient déroulés à la fois depuis le programme Voyager et entre chaque orbite de Galileo.

La mission Galileo est prolongée à deux reprises, en 1997 et 2000. Au cours de ces missions prolongées, la sonde survole Io trois fois fin 1999 et début 2000 et trois autres fois fin 2001 et début 2002. Ces survols révèlent les processus géologiques se produisant sur les volcans et les montagnes de Io, excluent l'existence d'un champ magnétique intrinsèque et démontrent l'étendue de l'activité volcanique. En décembre 2000, la sonde Cassini-Huygens, en route vers Saturne, observe conjointement le satellite avec Galileo. Ces observations révèlent un nouveau panache sur Tvashtar Paterae et fournissent des indications sur les aurores de Io.

Après la destruction de Galileo dans l'atmosphère jovienne en septembre 2003, les nouvelles observations du volcanisme de Io proviennent des télescopes terrestres. En particulier, l'optique adaptative du télescope Keck à Hawaï et les photographies du télescope spatial Hubble permettent de suivre l'évolution des volcans du satellite^,,,.

New Horizons

La sonde New Horizons, en route vers Pluton et la ceinture de Kuiper, survole le système jovien le 28 février 2007. Au cours de la rencontre, de nombreuses observations lointaines de Io sont réalisées. Celles-ci révèlent un énorme panache sur Tvashtar Paterae, fournissant les premières observations détaillées du plus grand panache volcanique ionien depuis les observations du panache de Pélé en 1979. New Horizons photographie également un volcan dans les premiers stades d'une éruption^,.

Juno

La sonde Juno est lancée en 2011 et entre en orbite autour de Jupiter le 5 juillet 2016. Sa mission est principalement axée sur la récolte de données concernant l'intérieur de la planète, son champ magnétique, ses aurores et de son atmosphère polaire. L'orbite de Juno est très inclinée et très excentrique afin de mieux observer les régions polaires de Jupiter et de limiter son exposition aux importantes ceintures de rayonnement internes de la planète. Cette orbite maintient également Juno hors des plans orbitaux de Io et des autres grandes lunes de Jupiter en général. Si l'étude d'Io n'est pas un objectif principal de la mission, des données sont tout de même collectées lorsque le moment est opportun.

L'approche la plus proche de Juno vers Io se fait le 17 février 2020, à une distance de 195 000 kilomètres, bien qu'une paire de survols à une altitude de 1 500 kilomètres soit prévue au début de 2024 dans le projet d'extension de mission. Au cours de plusieurs orbites, Juno observe Io à distance à l'aide de JunoCAM, une caméra grand angle à lumière visible pour rechercher des panaches volcaniques, et JIRAM, un spectromètre et un imageur dans le proche infrarouge pour surveiller les émissions thermiques des volcans de Io^,.

Missions futures

Plusieurs missions sont prévues vers le système jovien et pourraient fournir plus d'observations de Io.

Le Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) est une mission planifiée de l'Agence spatiale européenne sur le système jovien qui devrait se placer sur l'orbite de Ganymède. Le lancement de JUICE est prévu pour 2022, avec une arrivée à Jupiter estimée à octobre 2029. JUICE ne survolera pas Io mais utilisera ses instruments, tels qu'une caméra à angle étroit, pour surveiller l'activité volcanique de Io et mesurer sa composition de surface^,,.

Europa Clipper est une mission prévue de la NASA vers le système jovien, centrée quant à elle sur Europe. Comme JUICE, Europa Clipper n'effectuera aucun survol de Io, mais une surveillance des volcans à distance est probable. Le lancement de la sonde est prévu pour 2025 avec une arrivée sur Jupiter à la fin des années 2020 ou au début des années 2030 en fonction du lanceur choisi^,,.

Le Io Volcano Observer (IVO) est une proposition de mission de la NASA dans le cadre du programme Discovery. Mission de plus faible coût, son lancement se déroulerait en 2026 ou 2028. La sonde serait centrée sur l'étude de Io et effectuerait dix survols de la lune depuis une orbite autour de Jupiter à partir du début des années 2030^,,.

Dans la culture

Faisant partie des lunes galiléennes, Io a toujours été un décor propice à la science-fiction depuis, entre autres, The Mad Moon (1935) de Stanley G. Weinbaum. Du fait de sa taille alors déjà estimée, des spéculations sont par exemple faites sur une possible vie à sa surface dans la première moitié du xx^e siècle, comme dans le pulp magazine Fantastic Adventures.

Sa nature étant mieux connue depuis diverses missions d'exploration spatiale, le décor décrit par les œuvres de science-fiction a évolué. Ainsi, dans Ilium (2003), roman de Dan Simmons, le tube de flux magnétique de Io est utilisé pour hyper-accélérer des vaisseaux spatiaux dans tout le Système solaire ou encore dans Le Rêve de Galilée (2009) et 2312 (2012) de Kim Stanley Robinson, elle est décrite comme un monde volcanique où la lave est omniprésente.

Au cinéma, la lune est notamment le décor principal de films comme Io (2019) de Jonathan Helpert ou Outland... Loin de la Terre (1981) de Peter Hyams^,. Aussi dans 2010 : L'Année du premier contact (1984) — également réalisé par Peter Hyams et suite de 2001, l'Odyssée de l'espace (1968) de Stanley Kubrick — le vaisseau spatial Discovery One est en orbite au point de Lagrange entre Jupiter et Io.

Du fait de son apparence caractéristique, elle apparaît également dans des niveaux de jeux vidéo tels que Battlezone (1998), Halo (2001), Warframe (2015) ou encore Destiny 2 (2017)^,. Toute l'action de POD: Planet of Death (1997) se déroule sur Io, le scénario fantastique du jeu faisant référence à quelques caractéristiques réelles de cette lune, comme son activité volcanique ou le potentiel minier théorique qu'elle renferme.

Source: Wikipedia (vendredi 26 novembre 2021)

Drapeau

Comme il n'existe pas de drapeau officiel pour Io, j'ai utilisé un fond noir pour symboliser l'espace, dans le coin supérieur droit le soleil su système solaire, avec en dessous un cercle dont l'intérieur est noir pour symboliser un type satellite (rouge pour une planète, gris foncé pour un corps céleste, noir pour un satellite, bleu pour une étoile), puis encore en dessous le symbole de Jupiter dont il est un des satellites. Ensuite, en grand le nom du satellite.