Космосът е всичко, което е, било е, или някога ще бъде. Космосът е най- голямата от всички загадки на света. От всички истории за космически обекти и явления нашето внимание беше привлечено от най- вътрешния Галилеев спътник на Юпитер- Йо. Ние сме две 15-годишни момичета, които се интересуват  от Астрономия, но все още не я изучават в училище. С нетърпение очакваме часовете по Астрономия в края на тази учебна година. Бяхме впечатлени от най-интересния, вълнуващ и необикновен Галилеев спътник-Йо.

Откриване

Йо е открита през 1610 година от  Галилео Галилей. Той нарекъл откритите от него четири най - големи спътника на Юпитер Медицейски луни, в чест на великия тоскански херцог Косма ΙΙ Медичи. Все пак са се утвърдили имената, дадени от Симон Мариус, наблюдавал ги едновременно с Галилей и оспорващ приоритета за това откритие. Той дал на спътниците митологични имена на любимците на Зевс: Йо, Европа, Ганимед и Калисто. Спътникът Йо се явява трети по големина и най- вътрешен от системата на Галилеевите спътници, която се характеризира с компланартност на орбитите ( разположение на орбитите в плоскостта на екватора на планетата) и почти кръглата им форма. Йо може да се класифицира като един от най- необикновените спътници в нашата слънчева система. Действащият вулканизъм на Йо е едно най- големите открития на космическата епоха. Космическата апаратура Вояджър 1 наблюдава девет действащи вулкана, други изригвания са станали между полетите на Вояджър 1 и Вояджър 2. Височината на изригванията над повърхността достига над 300 км, скоростта – 1км/ сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Наблюдения и изследвания

   Още преди Вояджър учените са знаели, че в тази луна има нещо странно. Можело е да се различи малко от нейната повърхност, но се  знаело, че е червена, по-червена от Марс. Йо може би е най-червеното тяло в Слънчевата система. В продължение на много години нещо сякаш се е променяло в нея, в инфрачервената светлина или може би в свойството й да отразява радиовълните. Освен това се знае, че на орбиталната позиция на Йо, Юпитер е заобиколен от огромна, подобна на поничка тръба от атоми-сяра натрий и калий-които по някакъв начин са били загубени от спътника.

    Когато Вояджър се приближава към тази гигантска луна, пред учените се разкрива една странна многоцветна повърхност без аналози в цялата Слънчева система. Йо се намира близо до астероидния пояс. През цялата си история тя е била бомбардирана от падащи скални отломки. Би трябвало да има останали кратери от сблъсъците, но такива липсват. Следователно на Йо би трябвало да протичат процеси, които да са изключително ефикасни в заличаването или запълването на кратерите. Тези процеси не могат да бъдат атмосферни, тъй като поради ниската гравитация на луната по-голямата част от нейната атмосфера е изчезнала в космическото пространство. Не би могло да бъде течаща вода, тъй като повърхността на Йо е твърде студена. Има няколко места, които са приличали на върхове на вулкани, но по това време учените не са могли да бъдат сигурни.

     Един ден Линда Морабито, член на навигационния екип на Вояджър,  увеличава компютърното изображени на ръба на Йо, за да се видят ясно звездите на заден план. За свое голямо учудване тя  забелязва ярък език, издигащ се в тъмнината над повърхността на спътника. По-късно става ясно, че въпросният език се намира точно на мястото на един от предполагаемите вулкани. Вояджър е открил първия активен вулкан отвъд Земята. Сега учените знаят със сигурност, че на Йо съществуват девет големи действащи вулкана, които изхвърлят газове и скални отломки. Освен това там има още стотици- а може би хиляди- изгаснали вулкани. Отломките  и лавата, които се търкалят и стичат по склоновете на вулканичните планини и се издигат на високи струи над многоцветния пейзаж, са напълно достатъчно, за да покрият оставените от метеори кратери. Пред учените се е открил  съвсем нов планетарен ландшафт, повърхност, която се създава в момента. След тези открития Галилей и Хюйгенс биха били дълбоко възхитени.  

Характеристики

          Йо се явява едно от най-активните тела в слънчевата система. Размерите му са приблизително като тези на Луната – спътника на Земята. Йо е третата по големина луна на Юпитер. Има диаметър 3630 км., маса 8.93х10²²кг. и прави едно завъртане около Юпитер за 1.769 дни.На Йо практически има постоянно избухващи вулкани, предизвикани от силата на гравитационното привличане от Юпитер и другите му големи спътници.

 

 

 

Релефът на Йо e предимно равнинен. Освен планините в центъра на комплекса Пеле има още няколко крупни масива. Планината Хемус на южния полюс има височина до 10 км и заема площ 150х80 км. Номенклатурата на Йо включва 9 различни категории релеф. Има катени (Catena, Сatenae) – процепи или линии от кратери, действащи вулкани (Eruptive Center), потоци активна лава (Fluctus), планини с отсечени краища (Mensa) и изрязани планини (Mons,  Montes) с височина до няколко километра. Освен това, често се срещат (Patera, Paterae) – кратери с неправилна форма, равни възвишения във вид на плата (Planum, Plana), различни области (Regio, Regiones), отличаващи се от съседните по яркост и цвят, и отделни куполи или хълмове (Tholus, Tholi). Не съществуват ландшафти, подобни на удари от кратери и тъй като вулканите покриват повърхността на новите образования по-бързо, отколкото потока на комети и астероиди може да създаде големи ударни кратери.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вулканизъм на Йо

         Механизмът на изригванията на Йо не е свързан с радиоактивния разпад на елементите, който може да нажежи кората – Йо не е достатъчно голяма за това. Причината за вулканизма вероятно се явява нагряването на спътника от приливното въздействие на другите галилееви спътници. Енергията за нагряването се черпи от приливното взаимодействие със втория галилеев спътник – Европа, самия Юпитер и в неголяма степен – със третия спътник – Ганимед. Приливните сили създават вихри на повърхността, разрушават литосферата на Йо и нагряват недрата му. Благодарение на приливното въздействие, в недрата на Йо се отделя огромна енергия /60 – 80 трилиона вата/. Видимо, тя се разпределя неравномерно, като повече се отделя в повърхностните слоеве.

         Още преди да бъдат открити, вулканите на Йо са били предсказани от Стантън Пийли и неговите сътрудници. Те изчислили вълните, които ще бъдат породени от комбинираното гравитационно влияние на близката луна Европа и гигантската планета Юпитер. Екипът установил, че скалите във вътрешността на Йо би трябвало да са стопени, но не от радиоактивност, а от гравитационните вълни; че по-голямата част от вътрешността на спътника би трябвало да е в течно състояние. Сега за учените изглежда вероятно вулканите на Йо да са разположени над подземен океан от течна сяра, която се е стопила и се е концентрирала близо до повърхността. Когато твърдата сяра се нагрее до температура малко над точката на кипене на водата, до около 115°C, тя се втечнява и променя цвета си. Колкото по-висока е температурата, толкова по-наситен става цветът. И ако течната сяра бъде охладена много бързо, тя запазва този си цвят. Шарките и цветовете, които виждаме по повърхността на Йо, много приличат на това, което се очаква ако от кратерите на вулкана се стичат реки и потоци течна сяра и след това застиват по повърхността: черна сяра, която е най-горещата, близо до върха на вулкана; червена и оранжева, тази в реките, наблизо; големи равнини, покрити с жълта сяра, на по-голямо разстояние. Йо има най-горещата лава в цялата Слънчева система. Десетки отвора на повърхността на Йо бълват лава с температура, по-висока от 2000° F (1200°C). Съществува място, познато като Pillan Patera, където лавата е с температура 3100°F (1700°C) – това е 3 пъти по-висока температура от температурата на огряваната от Слънцето страна на планетата Меркурий. За разлика от горещите вулканични места, останалата повърхност на Йо е замразена при –240°F.

         Големите вулканични езици на Йо се издигат толкова високо, че почти могат да изхвърлят атомите си направо в космическото пространство около Юпитер. Вулканите са вероятният източник  на големия, подобен на поничка облак атоми, който заобикаля Юпитер на позицията на орбитата на Йо. Тези атоми, които постепенно се спускат спираловидно към Юпитер, би трябвало да са покрили вътрешната луна Амалтея и може би са отговорни за червеникавото й оцветяване. Дори е възможно изхвърлените от Йо материали-след много сблъсъци и кондензации-да са допринесли за образуването на системата от пръстени на Юпитер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Атмосфера и Йоносфера       

               Йо има тънка атмосфера, състояща се от диоксиди на сярата и вероятно някои други газове. През нощта температурите стават толкова ниски, че серният диоксид би трябвало да се кондензира в един вид бял скреж; тогава заредените частици на радиоактивния пояс на Юпитер ще поразят повърхността и вероятно би било разумно човек да прекарва нощите някъде под земята. Във вулканичните изхвърляния на Йо няма вода и водни пари. По това Йо силно се различава от другите галилееви спътници, които в значителната си част се състоят от воден лед. Така Ганимед и Калисто към 50-60% се състоят от воден лед. Плътността на атмосферата на Йо е нищожна - 10-100 млн. пъти по-малка от повърхността на Земята.

Едно от най-значителните открития на “Галилео” било откриването на йоносфера на Йо на голяма височина. Това предполага, че атмосферата на Йо се изменя във времето, състои се от вулканични газове и се намира на голяма височина. Йоносферата има област с електрически зареден газ, който се намира по-високо от някои планетни атмосфери. Приборите на “Галилео” открили област с много висока плътност на йонизиран кислород, сяра и диоксиди на сярата на височина 900 км. над Йо, които трябва да са натрупани от силна вулканична дейност в тази област.

           Радиоизмерванията от “Пионер”10 през 1973 г. показали височина на йоносферата от 50 до 100 км. над повърхността. Никой не предполагал да бъде измерена на височина 900 км. над Йо. Разликите в показанията на “Пионер” и “Галилео” показват, че атмосферата и йоносферата на Йо се изменят в зависимост от вулканичната й активност. Гравитационното поле позволява на невидимия газ, изхвърлен от вулканите, да достигне необикновена височина, в сравнение с по-ниските височини, достигани от прахта и други вулканични изхвърляния, които отразяват слънчевата светлина и могат да бъдат видени на фотографии.

Орбита и въртене

 

 

             Един оборот около планетата /Юпитер/ Йо извършва за 1.8 денонощия (42.5 часа). Йо се движи по резонансна орбита, т.е. извършва два оборота за времето на въртене на другия галилеев спътник – Европа, който от своя страна извършва два оборота за времето на въртене на Ганимед. По такъв начин периодите на въртене на спътниците Йо и Европа се намират в резонанс 1:2, Йо и Ганимед – в резонанс 1:4, т.е. в системата на галилеевите спътници съществува троен резонанс 1:2:4.

Орбитата на Йо, задържайки го по-близо или по-далеч на 422,000 км от Юпитер, пресича магнитните силови линии на Юпитер, превръщайки по този начин Йо в електрически генератор. Йо може да създаде електрическа енергия с напрежение 400,000 волта и ток от порядъка на 3 милиона ампера. Тази енергия е източникът на мълниите в горната част на атмосферата на Йо.

                Юпитер, със своите мощни влияния, създава две приливни вълни на повърхността на Йо, които затрудняват въртенето на спътника по такъв начин, че Йо е винаги обърнат към Юпитер с едната си страна. Периода на въртене на Йо около планетата /1. 769 денонощия/ точно съвпада с периода на въртене на Йо около оста си, който също е равен на 1. 769 денонощия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнение на Йо с останалите Галилееви спътници

Име	Диаметър (km)	Маса (kg)	Среден орбитален радиус (km)	Период на въртене
Йо	3632	8.92×1022	421,600	1.76 дни
Европа	3138	4.8×1022	670,900	3.55 дни
Ганимед	5262	1.49×1023	1,070,000	7.16 дни
Калисто	4820	1.08×1023	1,883,000	16.69 дни

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примерен урок     

         В края на нашия проект ви предоставяме примерен урок.

Разработката, която предлагаме представлява урок за самостоятелна работа. Урокът се провежда след запознаване на учениците с планетите от Слънчевата система и техните спътници.

         В началото на часа на всички ученици се раздават работни листи, на които са подготвени задачи под формата на текст за допълване и тест. Предлагаме на вниманието Ви:

РАБОТЕН ЛИСТ

 

на ..........................................................................

 

1 задача:  Попълнете пропуснатите думи в текста :

Около планетите от  Слънчевата система обикалят големи космически тела наречени ..................[1]. Земята има ...................... [2] спътник, наречен .....................[3] . Меркурий и Венера.......................[4] спътници. Марс има ..........................[5] спътника , наречени ............................[6] (страх) и ..............................[7] (ужас).Юпитер има...............................[8] спътника .От тях ...............................[9] са по-големи. За първи път са наблюдавани от..................................[10] и затова ги наричат           ....................................[11] спътници. Най-големият Галилеев спътник е ...................................[12] , а най - близо до планетата обикаля ….......................[13]. Сатурн  има над ...............................[14] спътника и пръстен . Пръстени имат още ......................................[15], .....................................[16] и ......................................... [17]. Уран има ............................ [18] спътника. Два от тях ................................. [19] и .....................................[20] са открити от откривателя на планетата Уилям Хершел. Плутон има ................................... [21] спътник, наречен ............................ [22]. За спътниците с еднакво орбитално движение около планетите се смята, че са се образували заедно с планетите, а са “пленени”  от ..............................[23] на планетата.

(след решаване на задачата потърсете към верните отгоори).

 

 

2 задача: Предлагаме Ви информация за един от спътниците на Юпитер – Йо. Прочетете внимателно информацията и попълнете теста:

1 въпрос: Йо е спътник на:

а) Сатурн;                     б) Уран;                     в) Юпитер;                    г) Нептун.

2 въпрос: Йо се различава от спътниците в Слънчевата система по:

а) голямата си плътност;                             б) активна вулканична дейност;

в) липса на сяра;                                           г) наличие на воден лед.

3 въпрос: На Йо има:

а) атмосфера като земната;                    б) тънка атмосфера и йоносфера;

в) атмосфера предимно от водород и хелий; 

                                                                           г) по плътна от Земната атмосфера.

4 въпрос: Релефът на Йо е предимно:

а) равнинен;                                                   б) низинен; 

 в) долини изпълненеюи с кратери от метеорити;                        г) планински.

5 въпрос: Йо има размери близки до тези на:

а) Замята;                   б) Меркурий;               в) Луната;                    г) Слънцето.

6 въпрос: Кой от изброените спътници не е спътник на Юпитер:

а) Европа;               б) Йо;           в) Фобос;           г) Калисто;           д) Ганимед.

7 въпрос: По цвят Йо е:

а) бял;            б) бледо син;              в) оранжево-червен;              г)шарен.

8 въпрос: Йо е изследван от:

а) мисиите”Аполо”;                             б) космонавти кацнали на Йо;

в) само с телескопи;                            г) космическата апаратура “Вояджер”.

9 въпрос: Общото на Йо и нашата Луна е:

а) блезки са по размери;                      б) наличие на атмосфера;

в) химически състав;             г) цвят;        д) наличие на кратери от метеоритеи.

(намерете и сверете отговорите си).

 

 

            Решаването на първа задача спомага за проверка на знанията по темата “Спътници на планетите”. След попълване на пропуснатите думи и наименования в текста, на учениците се предоставя компютърна разработка Attention:(може и нашия проект) за Йо. За целта урока се провежда в компютърна зала. Учениците проследяват внимателно предложената им информация за Йо и попълват теста в работния лист.

      След изпълнение на 1 и 2 задача учениците проверяват вярно ли са решили                                                                                           задачите и правят самооценка на знанията и уменията си да решават тестови задачи. В края на часа попълват анкетна карта, чрез която учителят получава обратна връзка за знанията , интересите и способностите на учениците.

АНКЕТНА КАРТА

    1ВЪПРОС     Кой от спътниците на планетите  от Слънчевата система бихте желали да посетите , ако имахте тази възможност ? Защо?

    2 ВЪПРОС    Смятате ли , че този час сте научили нещо интересно ? Обосновете се .

    3 ВЪПРОС     Каква оценка поставихте на знанията си за спътниците на планетите ?

    4 ВЪПРОС   Достатъчна ли беше информацията , която Ви предоставихме за спътниците или желаете да Ви предоставим подробна информация и за други спътници?

    5 ВЪПРОС  Скучен ли беше часът?  Оттегчихте ли се?

Браво! Щом сте стигнали до тук, значи все пак сте поработили усърдно.

Благодарим Ви за участието!

            

  1 задача: 1 – спътници; 2 – един; 3 – Луна; 4 – нямт; 5 – два; 6 – Фобос; 7 – Демос; 8 – 30; 9 – четири; 10 – Галилео Галилей; 11 – Галилееви; 12 – Ганимед; 13 – Йо; 14 – 30; 15 – Уран; 16 – Нептун; 17 – Юпитер; 18 – 21; 19 – Титания; 20 – Оберон; 21 – един; 22 – Харон; 23 – гравитацията;

 

 2 задача: 1в. - в; 2в. – б; 3в. – б; 4в. – а; 5в. – в; 6в. – в; 7в. – в; 8в. – г; 9в. – а.

   

За всеки верен отговор от 1 и 2 задача получавате по 1 точка. А сега, оценете сами знанията си:

От 26 до 32 точки – Поздравления! Представихте се отлично! Готови сте за екскурзия с космически кораб из Слънчевата система    

От 19 до 25 точки – Браво! Справяте се много добре! Необходими са още малко усилия! Космосът Ви зове!           

 

От 12 до 18 точки – Справяте се добре! Понаучили сте нещо, но не достатъчно! Не рискувайте да предприемате екскурзия из космоса, може да се загубите!

От 6 до11 точки – Знанията Ви не са много задълбочени! Необходимо е да полагате повече усилия при подготовката си! При пътешествие из Слънчевата система ще се изгубите със сигурност!   

 

От 0 до 5 точки – Нямате почти никакви знания!

Нямате шансове за оцеляване в Космоса!   

Заключение

         Смятаме, че Йо ще бъде интересна тема за изучаване в училищата в часовете по Астрономия,тъй като той е интригуващ космичен обект заради вулканизма си, океана от течна сяра дори и силно червения си цвят. Правейки проекта за Йо, научихме много неща не само за Йо, но и за много други космически тела и явления. Ние прекарахме незабравими моменти, работейки по проекта и с нетърпение очакваме другата година, за да участваме отново.  

 

Литература

1. Карл Сейгън- “ Космос” стр. 156-158

2. Science Year 1991- стр. 253        

3. Учебник по Астрономия за 11. клас– Н. Николов, В. Радева  

4. www.bgastronomy.com

5. www.geocities.com/astrocalendar/JupiterSat.htm

6. Речник на младия астроном- проф. Шкодров

7. www.jpl.nasa.gov/.../features/voyager.html

8. www.travelnotes.de/rays/voyager/rays.htm

9. www.jpl.nasa/…/2002/release_2002_162.htm