이오 (위성): 두 판 사이의 차이

400개 이상의 활화산을 가진 이오는 태양계에서 지질학적으로 가장 활발하게 움직이는 위성 중 하나다.<ref name="book">{{서적 인용 |title=Encyclopedia of the Solar System |chapter=Io: The Volcanic Moon |author=Rosaly MC Lopes |publisher=Academic Press |year=2006 |editor=Lucy-Ann McFadden, Paul R. Weissman, Torrence V. Johnson |pages=419–431 |isbn=978-0-12-088589-3 }}</ref><ref name="Lopes2004">{{저널 인용 |title=Lava lakes on Io: Observations of Io’s volcanic activity from Galileo NIMS during the 2001 fly-bys |journal=Icarus |last=Lopes |first=R. M. C. |author2=''et al.'' |pages=140–174 |volume=169 |issue= 1 |year=2004 |doi=10.1016/j.icarus.2003.11.013 |bibcode=2004Icar..169..140L }}</ref> 이오의 극단적인 지질 활동은 목성과 다른 갈릴레이 위성인 [[에우로파유로파 (위성)|에우로파유로파]], [[가니메데 (위성)|가니메데]], [[칼리스토 (위성)|칼리스토]]가 밀고 당겨 생기는 [[조석 가열]] 때문이다. 여러 화산들은 표면 위 500km까지 [[황]]과 [[이산화 황]]의 연기를 뿜어내고 있다. 이오의 표면은 [[규산염]] [[지각 (지질학)|지각]]에서 벌어지는 압축에 의해 생긴 100개 이상의 산이 덮고 있다. 그 중 일부는 [[에베레스트 산]]보다 더 크다.<ref name="Schenk2001">{{저널 인용 |last=Schenk |first=P. |author2=''et al.'' |year=2001 |title=The Mountains of Io: Global and Geological Perspectives from ''Voyager'' and ''Galileo'' |journal=Journal of Geophysical Research |volume=106 |issue=E12 |pages=33201–33222 |doi=10.1029/2000JE001408 |bibcode=2001JGR...10633201S }}</ref> 이오의 구성은 외태양계에 있는 다른 위성들과 다르다. 외태양계의 위성들은 주로 얼음으로 구성되어 있는 반면, 이오는 용융 상태의 [[철]]과 철 핵을 둘러싼 규산염 암석으로 이루어져 있고, 표면은 황과 이산화 황의 서리로 덮여 있다.

이오의 발견을 최초로 공표한 사람은 [[갈릴레오 갈릴레이]]로, 1610년 1월 7일 [[파도바 대학교]]에서 [[굴절 망원경|20배율 굴절 망원경]]을 사용하여 관측했다. 그러나 이 관측에서 갈릴레이는 망원경의 성능이 낮았던 탓에 이오와 [[에우로파유로파 (위성)|에우로파유로파]]를 하나의 천체로 인지했고, 둘을 하나의 광점으로 기록했다. 바로 다음날 1610년 1월 8일 갈릴레이는 목성계를 다시 관측하여 이오가 에우로파와유로파와 분리된 천체임을 알아냈다.([[국제 천문 연맹]]은 이 날을 이오가 발견된 날로 인정한다.)<ref name="IAUMoonDiscoveries">{{cite web |last=Blue |first=Jennifer |date=2009-11-09 |url=http://planetarynames.wr.usgs.gov/append7.html |title=Planet and Satellite Names and Discoverers |publisher=USGS }}</ref> 갈릴레이는 1610년 3월 이오와 나머지 목성의 위성들의 발견 사실을 ''Sidereus Nuncius'' 제목으로 출판했다.<ref name="IobookChap2">{{cite book |last=Cruikshank |first=D. P. |last2=Nelson |first2=R. M. |editor-last=Lopes |editor-first=R. M. C. |editor2-last=Spencer |editor2-first=J. R. |title=Io after Galileo |year=2007 |publisher=Springer-Praxis |isbn=3-540-34681-3 |pages=5–33 |chapter=A history of the exploration of Io }}</ref> 시몬 마리우스는 1614년 그가 출판한 저작 ''Mundus Jovialis''에서 본인이 이오를 포함한 목성의 위성들을 갈릴레이의 발견일보다 일 주일 먼저 1609년에 발견했다고 주장했다. 갈릴레이는 이 주장을 의심했고 마리우스가 자신의 발견을 표절한 것으로 취급하여 무시했다. 사실 마리우스의 최초 발견일인 1609년 12월 29일은 [[율리우스력]]으로 이는 갈릴레이가 사용한 [[그레고리력]]으로는 1610년 1월 8일에 해당된다.<ref name="GaliloProjectMarius">{{cite web |last=Van Helden |first=Albert |url=http://galileo.rice.edu/sci/marius.html |date=2004-01-14 |title=The Galileo Project / Science / Simon Marius |publisher=Rice University }}</ref> 둘의 발견일은 같지만 마리우스보다 먼저 발견을 공표한 갈릴레이가 이오의 발견자로 인정받는다.<ref name="JPLDiscovery">{{cite web |last=Baalke |first=Ron |url=http://www2.jpl.nasa.gov/galileo/ganymede/discovery.html |title=Discovery of the Galilean Satellites |publisher=Jet Propulsion Laboratory |date= |accessdate=2010-01-07 }}</ref>

이후 250년동안 이오는 천문학자들의 망원경 속에서 잘 알려지지 않은, 5등급 밝기의 광점으로 남아 있었다. 17세기에 이오를 포함한 갈릴레이 위성들은 [[경도]]를 정하거나, [[케플러의 행성 운동 법칙]]을 검증하는 데 이용되거나, 목성과 지구 사이 빛이 도달하는 데 걸리는 [[빛의 속력|시간]]을 재는 등 여러 연구 목적으로 활용되었다.<ref name="IobookChap2"/><ref>{{cite web | last=O'Connor |first=J. J. |last2=Robertson |first2=E. F. |date=1997-02 | url=http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/HistTopics/Longitude1.html | title=Longitude and the Académie Royale | publisher=University of St. Andrews | accessdate=2007-06-14 }}</ref> [[조반니 도메니코 카시니|카시니]] 외 여러 천문학자들이 만든 [[천체력]]에 기반하여 [[피에르시몽 라플라스]]는 이오, [[에우로파유로파 (위성)|에우로파유로파]], [[가니메데 (위성)|가니메데]]의 궤도 공명을 설명하는 수학 이론을 만들었다.<ref name="IobookChap2"/> 이 공명은 훗날 세 위성의 지질학 연구에 지대한 영향을 끼치게 된다.

이오에 근접한 후, 보이저호의 항법장치 엔지니어인 '린다 A 모라비토'는 표면에서 가스 기둥이 분출되는 모양이 찍혀 있는 사진을 발견했다.<ref name="Morabito1979">{{저널 인용 |last=Morabito |first=L. A. |author2=''et al.'' |title=Discovery of currently active extraterrestrial volcanism |journal=Science |volume=204 |issue= 4396 |page=972 |year=1979 |url= |doi=10.1126/science.204.4396.972 |pmid=17800432 |bibcode=1979Sci...204..972M }}</ref> 보이저 1호의 다른 사진에는 표면에서 가스 기둥이 구 모양으로 분출되는 사진이 있었다. 이 사진은 이오가 활발히 지질 활동을 한다는 것을 증명해 주었다.<ref name="Strom1979">{{저널 인용 |title=Volcanic eruption plumes on Io |journal=Nature |last=Strom |first=R. G. |author2=''et al.'' |pages=733–736 |volume=280 |issue= 5725|year=1979 |doi=10.1038/280733a0 |bibcode=1979Natur.280..733S }}</ref> 이 현상은 보이저 1호가 이오에 도착하기 전 논문에서 예측되었던 결과였다. 논문의 저자는 이오가 에우로파와유로파와 가니메데의 중력에 의해서 조석 가열 되어야 한다고 생각했다(자세한 과정에 대해서는 [[조석 가열]] 문서를 참조할 것).<ref name="Peale1979a">{{저널 인용 |title=Melting of Io by Tidal Dissipation |journal=Science |last=Peale |first=S. J. |author2=''et al.'' |pages=892–894 |volume=203 |issue= 4383|year=1979 |doi=10.1126/science.203.4383.892 |pmid=17771724 |bibcode=1979Sci...203..892P }}</ref> 자료에 의하면 이오의 표면은 황과 [[이산화 황]]의 서리로 덮여 있다. 또한 이 물질들은 얕은 [[#대기|대기]]를 형성하고, [[#목성 자기권과의 상호작용|플라즈마 고리]]를 이오의 궤도 주변에 형성한다(보이저 탐사선이 발견).<ref name="Soderblom1980">{{cite journal |last=Soderblom |first=L. A. |author2=''et al.'' |title=Spectrophotometry of Io: Preliminary Voyager 1 results |journal=Geophys. Res. Lett. |volume=7 |issue= 11 |pages=963–966 |year=1980 |url= |doi=10.1029/GL007i011p00963 |bibcode=1980GeoRL...7..963S }}</ref><ref name="Pearl1979">{{cite journal |last=Pearl |first=J. C. |author2=''et al.'' |title=Identification of gaseous {{chem|SO|2}} and new upper limits for other gases on Io |journal=Nature |volume=288 |issue= 5725 |pages=757–758 |year=1979 |url= |doi=10.1038/280755a0 |bibcode=1979Natur.280..755P }}</ref><ref name="Broadfoot1979">{{cite journal |last=Broadfoot |first=A. L. |author2=''et al.'' |title=Extreme ultraviolet observations from ''Voyager 1'' encounter with Jupiter |journal=Science |volume=204 |issue= 4396 |pages=979–982 |year=1979 |url= |doi=10.1126/science.204.4396.979 |pmid=17800434 |bibcode=1979Sci...204..979B }}</ref>

[[파일:Galilean moon Laplace resonance animation.gif|thumb|365px|right|이오, 에우로파유로파, 가니메데의 [[라플라스 공명]]]]

이오는 목성의 중심부로부터 42만 1700 킬로미터, 목성 대기 상층부로부터 35만 킬로미터를 떨어져 공전하고 있다. 이오는 갈릴레오 위성 중 가장 안쪽을 돌고 있으며 그 궤도는 [[테베 (위성)|테베]]와 [[에우로파유로파 (위성)|에우로파유로파]] 사이에 있다. 목성에 근접한 위성까지 포함하면 이오는 목성으로부터 다섯 번째로 가깝다. 이오는 목성을 한 번 공전하는 데 42.5시간이 걸리는데, 이는 하룻밤 사이에 그 움직임을 볼 수 있을 정도로 빠른 속도이다. 이오는 에우로파와유로파와 2:1 궤도 공명을 보이고, [[가니메데 (위성)|가니메데]]와는 4:1 궤도 공명을 보인다. 이는 에우로파가유로파가 목성을 한 번 돌 때 이오는 두 번 돌고, 가니메데가 목성을 한 번 돌 때 이오가 네 번 돈다는 뜻이다. 이 궤도 공명으로 이오의 공전궤도 이심률은 0.0041로 유지되며, 이오에 열을 공급하여 지질학적 활동을 만드는 주원인이 된다.(이 과정에 대한 자세한 설명은 [[#조석 가열|조석 가열]] 문단을 참고)<ref name="Peale1979a"/> 이렇게 강제적으로 궤도가 일그러지지 않는다면 이오의 궤도는 [[조석 가속]]을 통해 원 모양이 될 것이고 이오는 지질학적으로 좀 더 조용한 세계가 될 것이다.

이오는 목성의 자력선을 가로지르면서 공전하는데, 이 자력선은 '이오 [[선속관]]'으로 알려진 전자의 흐름을 [[패러데이 전자기 유도 법칙|만들어]] 냄으로써 이오의 대기·중성구름과 목성의 극 상층부 대기를 잇는다.<ref name="IobookChap11" /> 이 흐름은 목성의 양극에 [[오로라]] 빛을 만들어내며(이를 '이오의 발자국'으로 표현한다), 마찬가지로 이오 대기에도 오로라를 형성한다. 이 오로라 상호작용으로부터 나오는 입자들은 가시광선 파장대에서 목성의 양극지대를 어둡게 만든다. 이오가 지구에서 관측하기 좋은 위치에 자리잡을 때 목성에서 나오는 [[전파]] 신호량은 크게 증가하며 그 원인은 이 목성과 '이오의 발자국' 때문이다.<ref name=Bigg1964/><ref name="IobookChap11" /> 2011년 발사한 [[주노 (우주선)|주노]] 탐사선이 이 상호작용 과정을 규명해 줄 것으로 기대된다. 또한 이오의 전리층을 통과하는 목성의 자력선은 전자의 흐름을 일으켜 이오 내부에서 자기장이 생성되도록 한다. 이오 스스로 만들어낸 자기장은 위성 표면 50 킬로미터 아래 규산염 마그마 바다(일부 녹아 있음)에서 생겨나는 것으로 보인다.<ref name="KerrInducedField">{{cite journal|last=Kerr |first=R. A. |title=Magnetics Point to Magma 'Ocean' at Io |journal=Science |volume=327 |issue=5964 |pages=408–409 |year=2010 |url= |doi=10.1126/science.327.5964.408-b|pmid=20093451 }}</ref> 갈릴레오 호는 이오 외에 다른 갈릴레이 위성에도 자체적으로 생성된 자기장이 있음을 발견했는데, 그 원인은 이오의 마그마 바다와는 달리 [[에우로파유로파 (위성)|에우로파유로파]]나 [[가니메데 (위성)|가니메데]]의 경우 위성 지하에 있는 물의 [[바다]]로 추측된다.

이오는 [[달]]보다 약간 더 크다. 이오의 평균반지름은 1821.3&nbsp;km로 달보다 5% 더 크며, 질량은 8.9319{{e|22}}&nbsp;kg으로 달보다 약 21% 더 크다. 이오의 겉모습은 근소한 [[타원체]] 형태로 장축이 목성을 향해 있다. 이오는 질량과 부피 모두 [[갈릴레이 위성]] 중에서 [[가니메데 (위성)|가니메데]]와 [[칼리스토 (위성)|칼리스토]] 다음 순위이지만 [[에우로파유로파 (위성)|에우로파유로파]]보다 앞에 있다.

지구나 달과는 달리 이오의 [[내부열]]은 [[방사성 동위원소]] 붕괴보다는 [[조석|조석 소산]]이 주원인이다.<ref name=Peale1979a/> 이 내부열은 목성과의 거리, 궤도 이심률, 이오의 내부 조성물 및 물리적 상태로 인해 발생한다.<ref name="IobookChap5" /> 에우로파유로파·가니메데와 이오가 이루는 [[라플라스 공명]]은 이오의 궤도 이심률을 유지하며, 이오 내부의 조석 소산이 공전궤도를 원형으로 만들지 못하게 막는다. 이 공명작용은 이오와 목성 사이 거리가 일정하게 유지되도록 만들며, 만약 이 힘이 없을 경우 목성이 증가시키는 조석력으로 이오는 천천히 나선 궤도를 그리면서 목성으로부터 멀어질 것이다.<ref name="Yoder1979">{{cite journal |title=How tidal heating in Io drives the Galilean orbital resonance locks |journal=Nature |first=C. F. |last=Yoder |author2=''et al.'' |volume=279 |issue=5716 |pages=767–770 |year=1979 |doi=10.1038/279767a0 |bibcode=1979Natur.279..767Y }}</ref> 이오의 조석팽대부는 공전궤도상 [[장축단|원점]]과 [[장축단|근점]]에서의 수직차(差)가 약 100 m에 이른다. 이처럼 변덕스럽게 잡아당기는 조석력 때문에 이오 내부에서는 '마찰' 또는 조석 소산이 발생하면서 엄청난 조석열을 만들어내고, 이오의 맨틀 및 핵 상당량을 녹인다. 만약 다른 위성과의 공명작용이 없다면 이 마찰 에너지는 이오의 궤도를 원형으로 만들었을 것이다. 이 에너지는 [[방사성 붕괴]]만으로 생성되는 에너지량의 200배가 넘는다.<ref name="book" /> 내부열은 화산활동 형태로 풀려나며, 막대한 [[전열|열의 흐름]]을 생성한다.(위성 전체: 0.6 ~ 1.6×10¹⁴&nbsp;[[와트|W]])<ref name="IobookChap5" /> 이오 공전궤도 모형에 따르면 이오 내부 조석열의 양은 시간이 지나면서 변하는데, 현재 조석 소산의 크기는 관측되는 열의 흐름과 일치한다.<ref name="IobookChap5" /><ref name="Lainey2009">{{cite journal |title=Strong tidal dissipation in Io and Jupiter from astrometric observations |journal=Nature |first=V. |last=Lainey |author2=''et al.'' |volume=459 |pages=957–959 |year=2009 |doi=10.1038/nature08108 |bibcode=2009Natur.459..957L }}</ref> 반면 조석열·대류 모형의 점성 프로파일에 따르면 표면으로 나오는 맨틀 열대류와 조석 소산의 크기는 일치하지 않았다.<ref name="Lainey2009" /><ref name="Moore2003geophys">{{cite journal |title=Tidal heating and convection in Io |journal=Journal of Geophysical Research |first=W. B. |last=Moore |volume=108 |issue=E8 |page=5096 |date=2003-08 |doi=10.1029/2002JE001943 |bibcode=2003JGRE..108.5096M }}</ref>