Les Satellites Galilens

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Io

• Le plus interne des 4 satellites galiléens de
  Jupiter. Taille Lune
• Volcanisme actif découvert en 1979 par Voyager
• - caldéras et autres reliefs volcaniques
• - hot spots (forte émission IR), avec des
  outbursts
• - panaches volcaniques

• Emission despèces soufrées (SO2, S2 ) qui
  retombent au sol et condensent
• Atmosphère ténue (lt 1 nanobar) et spatialement
  hétérogène de SO2 ,, SO, S2 , produits soit par
  équilibre de sublimation des glaces, soit
  directement par volcanisme
• Echappement partiel de latmosphère vers
  lespace et interaction avec la magnétosphère de
  Jupiter --gt création de nuages de neutres
  autour de Io et dun tore de plasma

Galileo
Voyager 1,2
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Outline

• Etude de la distribution de la glace de SO2 et
  du cycle du SO2 à partir des observations
  Galileo/NIMS (S. Douté et al.)
• Suivi de l activité volcanique par observations
  en optique adaptative depuis la Terre (F. Marchis
  et al.)
• Détection du chlorure de sodium dans
  l atmosphère de Io (E. Lellouch et al.)

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GALILEO (1995-2002)
- une trentaine d orbites- des passages
rapprochés (200 km)- une meilleure
instrumentation (visible, IR, thermique)
Io , de nuit et de jour
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Des centaines de régions volcaniques
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Volcanisme explosif Pillan

• Durée 100 jours
• Température atteinte 1620C --gt volcanisme
  silicaté (et non soufré)
• Volume des laves 53 km3 ( gt Terre)
• Dépôt de scories sur 125000 km2
• Dépôt de soufre jaune

Avril 1997
Septembre 1997 Juillet
1999
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Volcanisme explosif Tvashtar
. Région à haute latitude . Rideaux de feu 25
km de long, 1 km de haut
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Effet du volcanisme explosif à grande échelle
Tvashtar
1999
2000
Formation d  un anneau rouge (SO2 soufre?)
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Distribution et cycle du SO2 à partir des
données Galileo/NIMSS. Douté et al.
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Le cycle du SO2 à l échelle globale
Date Juillet 1999 Résolution Spatiale 1.3
km.p-1
Carte dunité physique du SO2
daprès une mosaïque SSI(C21, 3 filtres, NIR,
GR, VI)
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Devenir du givre de SO2 à moyennes et hautes
latitudes
Date Juillet 1999 Résolution Spatiale 1.3
km.p-1
Carte dunité physique du SO2

• Unit I bien corrélée avec les matériaux brun
  sombre au dessus de 30 en latitude spectres
  représentatifs de produits soufrés issus de
  l irradiation du givre de SO2 fraîchement déposé.

daprès une mosaïque SSI(C21, 3 filtres, NIR,
GR, VI)
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Effets des éruptions violentes récentes
Date Août 2001 Résolution Spatiale 20 km.p-1

• Les éruptions de Tvashtar et du nouvel hot-spot
  ont formé deux anneaux partiellement composés de
  givre de SO2

Carte de distribution du SO2
Daprès SSI 31ISGLOCOL02(3 filtres, NIR, GR, VI)
Date Octobre 2001 Résolution spatiale 31 km.p-1
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Suivi de lactivité volcanique de Io au Keck
(2001- ) F. Marchis et al.

• Keck II, OA, camera NIRC2
• Observations principalement en bande K (solaire
  réfléchi), L M (thermique)
• Couverture complète de la surface et
  observations répétées dans le temps
• Déconvolution utilisant MISTRAL
• Résolution 140 km (0.039) en K, 200 km en L,
  250 km en M
• (comparable aux cartes globales Galileo/NIMS !)

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Exemple dobservations en bandes L et M

• 26 points chauds détectés en bande L, le double
  en M
• Mesure de température moyenne et dextension des
  points chauds

Lp Band
M Band
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Les observations en éclipse de Jupiter
Io séclipse...
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Analyse des données en éclipse KLM
(de Pater, Marchis, Macintosh et al., Icarus,
2003)
T690K S1.4km2
Carte cylindrique en bande K
T780K S2km2
T450K S190km2
T500K S200km2
T730K S2.4km2

• 15 hot spots détectés en K
• 6 hot spots détectés en KLM
• Composante à haute température détectée à partir
  de K/L

T620K S5.2km2
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Une énorme éruption à Surt (Février 2001)
Très hautes températures (1500 K) --gt
volcanisme silicaté, basaltique ou ultramafique
(Mg-rich)
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SURT 2001 Une éruption violente et brève

• Puissance estimée pour l explosion 8 x 1013 W
• Le plus puissant outburst jamais observé sur Io
• Correspond à 2.2 W m-2 , i.e. la valeur moyenne
  du flux de chaleur total émis par Io
• Eruption clairement terminée en Decembre 2001

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Le sel (NaCl) sur IoE. Lellouch et al.
. Io est entouré d un nuage de sodium atomique
(1974)

• Plusieurs composantes
• Sodium  lent  ( km/s)
• Sodium    rapide     (dizaines de km/s) 
  indique la recombinaison dissociative ou la
  dissociation
• dions moléculaires (NaX) , i.e.
  NaX e ? Na X ou NaX ? Na X
• Problème origine du sodium dans
  l environnement de Io, en en particulier de
  NaX ?
• Na XY ? NaX Y, XY SO2
  (e.g.)
• NaX Y ? NaX Y Y O, S
  (e.g.), qui est X ???
• Estimation des taux de production
• 1026 Na /sec pour le sodium  lent 
   
• 2 1026 Na /sec
  pour le sodium  rapide  , environ 4x plus
  pour la production de NaX
• i.e. quelques pourcents du flux total
  déchappement de Io
• (environ (1-4)1028 O, S /sec)

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Le sel sur Io

• Io possède également du chlore
• Découvert en 1999 dans le tore de plasma de Io
  (Cl)
• Cl2 et Cl également détectés ensuite
• Abondance 1 de l abondance totale des ions
  dans le tore in Io
• les abondances du chlore et du sodium sont
  semblables dans lenvironnement de Io !
• (bien que labondance  cosmique  de Na soit
  10 x celle de Cl)
• ? un même parent ?
• NaCl est un produit courant du volcanisme sur
  Terre
• . Pour Io, des calculs déquilibre thermochimique
  prédisent que NaCl est lespèce dominante en Na
  et Cl pour un vaste domaine de pression,
  température, et composition des magmas ioniens.
• --gt On peut s attendre à trouver du NaCl dans
  l atmosphère de Io

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Détection de NaCl sur Io
Détection de NaCl dans l atmosphère de
Io (IRAM, Jan. 2002)
Lellouch et al. 2003
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Conséquences

• 1) Preuve de l  origine volcanique directe (au
  moins partielle) de l atmosphère de Io
• l  équilibre de sublimation de NaCl est
  négligeable (contrairement à SO2)
• le temps de vie de NaCl dans l atmosphère est
  court (3 hr pour photolyse, contre 50 hr pour
  SO2)
• 2) Le modèle le plus probable expliquant les
  observations est celui de NaCl et SO2 émis par
  les volcans, avec NaCl/SO2 1 dans le gaz
  volcanique, et l atmosphère de NaCl plus
  restreinte horizontalement (10 de la surface)
  que celle de SO2 (30-50 )
• 3) Estimation du taux d émission volcanique de
  NaCl (2-8)x1028 mol sec-1
• 4) Qu  arrive - t - il au NaCl émis par les
  volcans?
• 98 retombe au sol et condense (contribue à
  la couleur de certains terrains?)
• 1-2 est photodissocié et s échappe sous
  forme de Na et Cl atomique
• 0.1 s échappe intact (NaCl)
• 3) Comparaison aux taux de production indiqués
  par la brillance des nuages Na neutre
• L  échappement de NaCl trop faible pour être
  identifié à un NaX produisant le sodium
   rapide  par NaX XY
• L  échappement de Na peut expliquer le taux de
  production du sodium  lent  et celui d un NaX
  pouvant produire le sodium  rapide  par NaX
  XY

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Conclusion
La détection de NaCl émis par les volcans permet
de proposer une explication possible à
l existence des nuages de neutres de Na autour
de Io selon NaCl volcanique ---gt photolyse (Na
et Cl) ---gt
échappement de Na

sodium
lent réaction avec XY (SO2) du
tore

production de NaX


production de Na
rapide par recombinaison ou recombinaison
dissociative