¿Cuánta masa hacen erupción los volcanes de Io más allá de la velocidad de escape?

Mientras trataba de hacer algunos cálculos para responder a esta pregunta , me quedé atrapado perdiendo una pieza crucial de datos: no tengo idea de cuánta masa los volcanes de Io logran arrojar del pozo de gravedad de la luna de Júpiter.

Está claro que la mayor parte del material erupcionado vuelve a caer a la superficie, y las diversas estimaciones de velocidad que he encontrado son bastante más bajas que la velocidad de escape (~ 2.56 km / s). Por ejemplo " hasta 1 km / s ".

Un número que es posible encontrar es cuánta masa tiene la magnetosfera de las bandas de Júpiter de Io. La mayoría lo enumera como 1000 kg / s ( ejemplo ). Eso es casi tanto como la producción de trigo de Canadá.

¿Los volcanes están tirando directamente mucho más que eso? ¿Mucho menos? ¿De ningún modo?

jupiter geology volcanism

— SE - deja de despedir a los buenos
fuente

Es posible que desee comenzar con la velocidad de escape de Io: una parte de esa masa, dependiendo de la dirección, orbitará junto a Io, algunas serán expulsadas "hacia adelante" y, por lo tanto, al menos irán a una órbita más alta, etc.

— Carl Witthoft

Merece la pena hacerse eco de mis comentarios sobre la pregunta inspiradora: el método principal de pérdida de masa esperado para Io es a través del campo magnético de Júpiter que extrae partículas cargadas de los tramos superiores de la esfera Hill de Io. Se estima que esto ocurre a una velocidad de 1 tonelada / segundo. De lo contrario, hago eco de la respuesta del polifante: la pérdida de masa esperada de la velocidad de escape que

— alcanza la eyección

@zibadawatimmy tu comentario me hizo pensar, si las eyecciones se liberan cuando el volcán está frente a Júpiter, ¿habría una patada mayor por su gravedad que aceleraría notablemente cualquier masa erupcionada hacia el planeta? Dudo que sea mucho. Sin embargo, un cálculo divertido.

— christopherlovell

La siguiente ecuación da la velocidad requerida para escapar de la atracción gravitacional de un cuerpo masivo:

v_{mi s C una pags mi} = \sqrt{\frac{2 sol METRO}{R}}

$v_{\mathrm{escape}} = \sqrt{\frac{2GM}{R}}$

donde es la constante gravitacional ( ), es la masa del cuerpo de la que eres escapando, y es su radio. $G$ $G = 6.67 \times 10^{-11} \; \mathrm{Nm^{2} {kg}^{-2}}$ $M$ $R$

Al ingresar los valores para la masa y el radio medio de Io , y , ¹ obtenemos una velocidad de escape de $M = 0.015 \, M_{\oplus}$ $R = 0.286 \, R_{\oplus}$

v_{mi s C una pags mi} = 2560 metro / / s

$v_{\mathrm{escape}} = 2560 \; \mathrm{m/s}$

Sin embargo, las eyecciones explosivas se expulsan desde la parte superior de los volcanes, por lo que debemos agregar esto estrictamente a nuestro radio. El volcán más alto en Io está aproximadamente a sobre la superficie; incluyendo esto obtenemos una velocidad marginalmente menor $2.5 \;\mathrm{km}$

v_{mi s C una pags mi} = 2559 metro / / s

$v_{\mathrm{escape}} = 2559 \; \mathrm{m/s}$

que es más alto que el velocidad máxima de eyección calculada en McEwen y Soderblom (1983) . Por lo tanto, no se expulsa masa de la superficie de Io a través de erupciones volcánicas . $\sim 1000 \; \mathrm{m/s}$

A modo de comparación, la velocidad de escape de la Tierra es mucho mayor, . Como se discutió en el documento vinculado, la eyección más extrema puede alcanzar alturas de antes de volver a caer a la superficie. $11.2 \; \mathrm{km/s}$ $500 \; \mathrm{km}$

¹_{donde y $M_{\oplus} = 5.972 \times 10^{24} \; \mathrm{kg}$ $R_{\oplus} = 6371 \;\mathrm{km}$}

— christopherlovell
fuente

Sí, ya que ninguna de las masas alcanza la velocidad de escape. Respuesta actualizada

— christopherlovell

Hay más que eso, Io expulsa una gran cantidad de material y contribuye significativamente a la magnetosfera de Júpiter, "Io es una fuente fuerte de plasma por derecho propio y carga la magnetosfera de Júpiter con hasta 1,000 kg de material nuevo por segundo. "

— Cody

Verifique el enlace, las partículas cargadas provienen de los volcanes. Puede que no sea la fuerza del volcán directamente, pero a través de la ayuda externa los volcanes están expulsando mucha masa de Io

— Cody

@Cody estoy corregido. Eso está muy bien. Ciertamente complica el análisis que presento arriba. Ahora necesita un factor de ionización y una fracción de escape atmosférico.

— christopherlovell

Io realmente no tiene atmósfera, por lo que cualquier eyección se expone casi inmediatamente a un plasma y a la radiación ionizante del sol. Por lo tanto, una fracción de la eyección se ioniza cuando se expulsa, produciendo lo que se llama Io torus , un anillo de gas parcialmente ionizado que sigue el camino orbital de Io, en la magnetosfera joviana. Una vez ionizadas, las fuerzas electromagnéticas pueden vencer fácilmente la gravedad y la velocidad de escape es una limitación mucho menor.

— honeste_vivere