Spectroscopic and chemical study of the satellite Io's surface
Etude spectroscopique et chimique de la surface du satellite Io
Résumé
The aim of this study is to contribute to a better understanding of Io's surface chemical composition. For this purpose, we combined a thermochemical model of Ionian volcanic gases with a spectroscopic and chemical experimental study of low temperature condensed molecules.
The thermochemical study is carried out using an improved volcanic gases model, in order to predict the most probable molecules ejected by Io's volcanoes and to follow them during their cooling and the condensation of some of them.
The experimental study concerns disulfur monoxide, S2O, a major component predicted by the thermochemical model, and its polymer, polysulfur oxide. We reproduced S2O low temperature condensation, followed its polymerization and measured its infrared spectra in laboratory, under conditions of temperature, pressure, mixing with SO2 and UV-visible radiation simulating Ionian ones.
On the one hand, this study improves our knowledge of S2O and of its polymerization mechanism and gives a better idea of polysulfur oxide's structure. On the other hand, our experiments and our spectroscopic results compared to Io's infrared and visible spectra lead us to the conclusion that S2O can not be responsible for red volcanic deposits on Io and that Io's surface is probably mainly composed of sulfur dioxide and a mixture of sulfur S8 and sulfur polymer. To these dominant components, some polysulfur oxide could be added, possibly localized in more restricted volcanic areas.
The thermochemical study is carried out using an improved volcanic gases model, in order to predict the most probable molecules ejected by Io's volcanoes and to follow them during their cooling and the condensation of some of them.
The experimental study concerns disulfur monoxide, S2O, a major component predicted by the thermochemical model, and its polymer, polysulfur oxide. We reproduced S2O low temperature condensation, followed its polymerization and measured its infrared spectra in laboratory, under conditions of temperature, pressure, mixing with SO2 and UV-visible radiation simulating Ionian ones.
On the one hand, this study improves our knowledge of S2O and of its polymerization mechanism and gives a better idea of polysulfur oxide's structure. On the other hand, our experiments and our spectroscopic results compared to Io's infrared and visible spectra lead us to the conclusion that S2O can not be responsible for red volcanic deposits on Io and that Io's surface is probably mainly composed of sulfur dioxide and a mixture of sulfur S8 and sulfur polymer. To these dominant components, some polysulfur oxide could be added, possibly localized in more restricted volcanic areas.
Cette étude a pour but de contribuer aux travaux menés jusqu'ici pour déterminer la composition chimique de la surface du satellite Io. A cette fin, nous avons choisi d'allier modélisation thermochimique des gaz volcaniques ioniens et étude expérimentale spectroscopique et chimique de molécules condensées à basse température.
Ainsi, la modélisation thermochimique appliquée au volcanisme ionien permet de suivre le refroidissement des gaz volcaniques émis et met en évidence les séquences de condensation de certaines molécules.
A l'issue de cette première partie de l'étude, le monoxyde de disoufre, S2O, apparaissant comme gaz majeur émis par les volcans, est sélectionné pour une étude expérimentale détaillée. Il s'agit là de reproduire en laboratoire la condensation à basse température d'un gaz chargé de S2O et de suivre par spectroscopie infrarouge, son évolution physico-chimique et sa polymérisation, dans des conditions de température, de pression, de mélange avec SO2 et d'irradiation solaire, imitant au mieux celles qui règnent à la surface de Io. Les expériences menées permettent d'approfondir les connaissances chimiques que l'on avait jusque là de S2O et du mécanisme de sa polymérisation en oxyde de polysoufre ainsi que de la structure de ce dernier. De plus, elles conduisent à rejeter la possibilité d'attribuer la couleur rouge de certains dépôts volcaniques à la condensation de S2O à la surface de Io et amènent à penser que cette dernière est très probablement majoritairement composée de dioxyde de soufre et d'un mélange de soufre S8 et de polymère de soufre, auxquels de l'oxyde de polysoufre s'adjoint en plus faible quantité.
Ainsi, la modélisation thermochimique appliquée au volcanisme ionien permet de suivre le refroidissement des gaz volcaniques émis et met en évidence les séquences de condensation de certaines molécules.
A l'issue de cette première partie de l'étude, le monoxyde de disoufre, S2O, apparaissant comme gaz majeur émis par les volcans, est sélectionné pour une étude expérimentale détaillée. Il s'agit là de reproduire en laboratoire la condensation à basse température d'un gaz chargé de S2O et de suivre par spectroscopie infrarouge, son évolution physico-chimique et sa polymérisation, dans des conditions de température, de pression, de mélange avec SO2 et d'irradiation solaire, imitant au mieux celles qui règnent à la surface de Io. Les expériences menées permettent d'approfondir les connaissances chimiques que l'on avait jusque là de S2O et du mécanisme de sa polymérisation en oxyde de polysoufre ainsi que de la structure de ce dernier. De plus, elles conduisent à rejeter la possibilité d'attribuer la couleur rouge de certains dépôts volcaniques à la condensation de S2O à la surface de Io et amènent à penser que cette dernière est très probablement majoritairement composée de dioxyde de soufre et d'un mélange de soufre S8 et de polymère de soufre, auxquels de l'oxyde de polysoufre s'adjoint en plus faible quantité.