펠레 (화산)

2. 관측 역사

1979년 3월, 보이저 1호는 목성과 그 위성 중 가장 큰 4개(이오 포함)의 이미지를 다수 획득하였다. 이오의 원거리 이미지에서 가장 눈에 띄는 특징 중 하나는 위성의 후행 반구에 있는 크고 타원형의 발자국 모양 고리였다.^[3] 같은 해 3월 5일, 보이저 1호는 발자국 모양 지역을 고해상도 이미지로 촬영하였다. 고리 중앙의 보타이 모양 어두운 지역 중심부에는 어두운 물질로 부분적으로 채워진 30km x 20km 크기의 구덩이가 있었다.^[4] 이 구덩이는 펠레 화산의 근원지로, 다뉴브 플라눔으로 명명된 균열 산의 북쪽 기저부에 위치한다. 연구자들은 이 만남을 통해 이오 표면에서 화산 활동의 다른 증거들을 발견하고 펠레가 칼데라일 것이라고 추측했다.^[3]

1979년 3월 8일, 보이저 1호는 목성을 통과한 지 3일 후 우주선의 정확한 위치를 파악하기 위해 목성의 위성 이미지를 촬영했다. 항법 엔지니어 린다 A. 모라비토는 이오의 이미지를 처리하여 배경 별의 가시성을 높이던 중 위성의 가장자리를 따라 300km 높이의 구름을 발견했다.^[5] 처음에는 이오 뒤에 있는 위성으로 의심했지만, 그 위치에 적절한 크기의 천체가 없었다. 이 특징은 펠레에서 활발한 화산 활동으로 생성된 높이 300km, 너비 1200km의 화산 기둥으로 밝혀졌다.^[6] 펠레에서 관찰된 기둥의 크기를 바탕으로, 붉은색 물질의 고리는 기둥 물질의 퇴적물로 결정되었다.^[6] 이 발견 이후, 이오를 촬영한 이전 보이저 이미지에서 다른 7개의 기둥이 발견되었다.^[6] 보이저 1호의 적외선 간섭계 분광계(IRIS)가 감지한 펠레의 열 방출은 펠레에서 냉각 용암을 나타내는 열점을 감지했으며, 이는 표면의 화산 활동이 보이저 1호가 관찰한 기둥과 관련이 있음을 시사했다.^[7]

1979년 7월, 보이저 2호가 목성 시스템을 통과할 때 이오 기둥의 활동을 관찰하고 표면 변화를 찾기 위해 이미징 캠페인이 수정되었다. 당시 이오의 화산 기둥 중 처음으로 발견되어 기둥 1호로 지정된 펠레의 기둥은 4개월 후 보이저 2호에서는 관찰되지 않았다. 표면 모니터링 관찰 결과 펠레를 둘러싼 붉은 고리의 변화가 나타났다.^[8] 보이저 1호가 조우했을 때는 심장 또는 발굽 모양이었지만, 보이저 2호가 조우했을 때는 더 타원형이 되었고 기둥 퇴적물 남쪽의 노치가 채워졌다. 이는 펠레 파테라 내 기둥 근원 분포 변화 때문일 수 있다.^[8]

보이저 조우 이후, 국제천문연맹은 1979년 행성 명명법에 따라 이 화산의 이름을 하와이 신화의 화산 여신 펠레의 이름을 따서 공식적으로 명명했다.^[1]

갈릴레오는 1995년 목성계에 도착하여 1996년부터 2001년까지 이오의 화산 활동을 정기적으로 관찰했다. 펠레에서 방출되는 열은 이오의 후행 반구가 목성의 그림자에 가려져 촬영될 때마다 거의 감지되었다.^[4]

펠레의 화산 분출은 간헐적이거나 주로 가스로 구성되어 있으며 때때로 먼지 함량이 증가하는 것으로 밝혀졌다. 이것은 1996년 12월과 2000년 12월 갈릴레오에 의해 두 번만 감지되었다.^[2] 이 두 번의 감지에서 분출 높이는 300km에서 426km까지 다양했다.^[2] 이 분출은 또한 갈릴레오가 이오를 근접 통과하는 동안 1999년 10월 허블 우주 망원경에 의해 감지되었다. 허블 관측을 통해 펠레의 분출에서 이오에서 처음으로 이원자 황(S₂)이 감지되었다.^[10]

펠레를 둘러싼 큰 붉은 고리 분출 퇴적물의 모양과 강도에 미묘한 변화가 화산의 주간 이미지에서 관찰되었으며, 가장 주목할 만한 변화는 필란 파테라의 분출에서 나온 어두운 화산 쇄설류가 펠레의 분출 퇴적물의 일부를 덮었던 1997년 9월에 관찰되었다.

1999년 10월과 2001년 10월 사이에 이오와의 갈릴레오의 행성 근접 비행 동안, 우주선은 화산이 이오의 밤 쪽에 있는 동안 카메라와 적외선 분광기를 사용하여 펠레를 세 번 관찰했다. 카메라는 펠레 파테라의 가장자리를 따라 밝은 반점의 곡선을 드러냈다. 파테라의 남동쪽을 따라 동서 방향으로 어두운 띠 내에서 많은 양의 열 방출이 관찰되었으며, 온도와 분포는 큰 현무암 용암호와 일치했다.^[4]

펠레의 열 방출은 2000년 12월 카시니-호이겐스(Cassini) 우주선, 2001년 12월 하와이의 켁 망원경, 그리고 2007년 2월 뉴 호라이즌스(New Horizons) 우주선에 의해 관찰되었다.^[4][11][12]

2. 1. 보이저 탐사

2. 2. 갈릴레오 탐사 및 그 이후

3. 물리적 특성

펠레는 면적이 30km × 20km인 화산 분화구를 가지고 있으며,^[4] 이 분화구는 단뉴브 평원 북쪽 끝자락 기저부에 위치해 있다. 이 파테라는 여러 층의 바닥을 가지고 있으며, 북동쪽 부분은 더 높고, 동서 방향의 그라벤으로 이루어진 더 낮은 부분이 있다.^[13] 보이저 1호가 1979년 3월 목성계를 지나가면서 펠레에서 높이 300km, 너비 1200km에 달하는 거대한 화산 기둥(플룸)을 발견했는데, 이는 이오에서 처음 발견된 화산 기둥이다.^[6] 허블 우주 망원경 관측을 통해 펠레의 분출에서 이오 최초로 이원자 황(S₂)이 검출되었다.^[10]

3. 1. 용암호

펠레는 면적이 30km × 20km인 화산 분화구를 가지고 있으며,^[4] 이 분화구는 단뉴브 평원 북쪽 끝자락 기저부에 위치해 있다. 이 파테라는 여러 층의 바닥을 가지고 있으며, 북동쪽 부분은 더 높고, 동서 방향의 그라벤으로 이루어진 더 낮은 부분이 있다.^[13] 2001년 10월 갈릴레오가 이오의 야간에 촬영한 이미지에서 볼 수 있듯이 펠레의 화산 활동은 파테라 가장자리를 따라 있는 작은 열 "핫스팟"과 파테라 바닥의 남동쪽 부분의 어두운 지역 내에 있는 더 강렬한 열 방출원으로 제한되는 것으로 보인다.^[4] 이러한 활동의 분포와 펠레가 온도와 방출되는 에너지 측면에서 핫스팟으로 안정되어 있다는 사실을 고려할 때, 펠레는 활동적인 대규모 용암호로 보이며, 이는 이오의 다른 곳에서는 볼 수 없는 분출 스타일과 활동 강도의 조합이다.^[13] 갈릴레오 데이터에서 관찰된 작은 핫스팟은 용암호의 지각이 파테라 가장자리를 따라 붕괴되어 신선한 용암이 표면에 노출되는 영역을 나타낸다.^[4]

''보이저 1호'' 이미지에서 어두운 지형으로 보이는 파테라의 남동쪽 부분은 펠레 화산에서 가장 활발한 지역이며, 펠레에서 가장 광범위한 뜨거운 용암 지역이기도 하다. 이 지역은 표면 아래 마그마 저장소에서 호수로 대량의 용암이 유입되고 이산화황 및 이원자 황과 같은 용해된 휘발성 물질의 질량 분율이 크기 때문에 격렬하게 뒤집히는 용암호로 생각된다.^[13] 펠레가 근적외선 파장에서 밝게 빛난다는 점을 감안할 때, 용암호의 이 부분에서의 활동은 용암 분수 현상으로 이어질 수도 있다.^[13][14]

펠레에서 관찰된 열 핫스팟의 근적외선 방출 스펙트럼을 사용하여 측정한 용암 온도는 용암호에서 분출하는 규산염 현무암 용암과 일치한다. ''갈릴레오''와 ''카시니'' 이미지를 통해 측정한 펠레의 최고 온도는 최소 1250°C–1350°C인 반면, ''갈릴레오''의 근적외선 분광기는 최고 온도를 1250°C–1280°C로 측정했다.^[15] 펠레의 에너지 출력과 온도는 ''갈릴레오'' 임무 기간 동안 수개월에서 수년에 걸쳐 일관성을 유지했지만, 목성에 의한 이오의 일식 동안 촬영된 ''카시니'' 데이터를 사용하여 펠레의 밝기를 측정한 결과, 수분 단위의 시간 척도로 상당한 변동이 발견되었다. 이는 그 시간 범위 내에서 펠레의 용암 분수의 분포와 크기의 변화와 일치한다.^[4]

3. 2. 화산 기둥 (플룸)

보이저 1호가 1979년 3월 목성계를 지나가면서 펠레에서 높이 300km, 너비 1200km에 달하는 거대한 화산 기둥(플룸)을 발견했다. 이는 이오에서 처음 발견된 화산 기둥으로, 과학자들은 펠레 화산 활동의 증거로 해석했다.^[6] 펠레형 플룸은 펠레 용암호에서 분출되는 용암에서 황(S₂)과 이산화황(SO₂)이 방출되면서 생성된다.^[13][14] 이러한 유황 화합물들은 지속적으로 용암호에 마그마가 공급되면서 발생하며,^[14] 펠레의 마그마 저장소는 이오의 화산 중 가장 클 것으로 추정된다.^[16]

보이저 1호가 촬영한 플룸 이미지를 보면, 프로메테우스형 플룸과 달리 중앙 기둥이 없고 섬유질 구조를 가지고 있다.^[17] 이는 펠레 용암호에서 분출된 유황 가스가 플룸 가장자리의 충격 캐노피에 도달하여 고체 S₂와 SO₂로 응축되면서 형성된 것이다.^[2] 응축된 물질은 펠레 화산 주변에 크고 붉은 타원형 고리 모양으로 퇴적된다.^[13] 퇴적물이 남북 방향으로 길게 뻗은 타원형인 이유는 펠레 파테라 남쪽의 동서 방향 그라벤의 모양과 방향 때문일 수 있다.^[18] 펠레 용암호의 활동 변화는 플룸 퇴적물의 밝기와 모양 변화를 초래하기도 한다.^[18][19]

허블 우주 망원경 관측을 통해 펠레의 분출에서 이오 최초로 이원자 황(S₂)이 검출되었다.^[10]