Caratteristiche generali È il più interno dei satelliti medicei, dista da Giove 421700 km, attorno a cui ruota in 1.769138 giorni, su un'orbita sincrona con Giove, poco eccentrica (0.004) e leggermente inclinata (0o.040); ha un raggio di 1815 Km, una massa di 8.93x1022 kg ed una densità di 3.55gr/cm3, la più alta di tutti i satelliti del Sistema Solare; porta il nome dell'amante di Zeus che venne trasformata in giovenca per nasconderla ad Era. La sua temperatura superficiale è di circa 130 K, con modeste variazioni tra il giorno (150) e la notte (90 K), ma ci sono delle macchie più calde vicino ai vulcani che possono raggiungere i 1500 K.

Superficie Diversamente dalle altre lune galileiane sembra che non contenga acqua, forse a causa del calore di Giove che lo surriscaldò in fase di formazione, oppure a causa della continua fuoriuscita di lava che l'ha fatta volatilizzare. Alcuni ritengono che l'acqua esista in profondità, ma che non venga rilevata spettroscopicamente a causa della instabilità della superficie del satellite. Io mostra una superficie di vari colori, dal giallo all'arancione e dal rosso al bruno, a causa della presenza dello zolfo: circa il 90% del satellite è anidride solforosa, mentre le zone bianche sono dovute alla brina di anidride solforosa. Sono state identificate varie regiones con colore o luminosità diverse, a cui sono state assegnate i nomi di luoghi associati alla ninfa Io: Bosphorus Regio, Colchis Regio, Mycenae Regio, Illyrikon Regio, .... Sulla superficie sono anche presenti laghi di zolfo fuso.

Prima che nel 1979 il Voyager 1 lo sorvolasse a meno di 20 mila km dsi credeva che Io fosse fortemente craterizzato, invece non ci sono crateri, probabilmente a causa della fortissima attività vulcanica presente che ne trasforma continuamente la superficie e le formazioni geologiche visibili sono recenti; si pensa che in un anno vengano emessi 600 km3 di materiali vulcanici. Su Io ci sono più di 400 vulcani attivi, con eruzioni e caldere vulcaniche profonde chilometri, ma che diversamente dai vulcani terrestri emettono zolfo e anidride solforosa, a cui sono stati assegnati i nomi degli dei dei vulcani nelle varie mitologie: Amirani, Loki, Pele, Thor, .... Sembra che alcuni vulcani si comportino in modo più simile a dei geyser che non ai vulcani terrestri: in un geyser, l'acqua sperimenta una rapida transizione di fase dallo stato liquido a quello gassoso, ed il vapore così generato viene eiettato ad alta velocità verso la superficie; su Io, però, il ruolo dell'acqua viene svolto probabilmente dallo zolfo e dall'anidride solforosa (SO2). Inizialmente alcuni crateri sembrava formassero delle catenae, a cui erano stati dati i nomi degli dei del sole delle varie mitologie, ma nel 2006 si è constatato che si trattava di crateri irregolari, noti anche come paterae: Agni Patera, Mazda Patera, Girru Patera, Orcus Patera, Seth Patera, ....

Le eruzioni vulcaniche evolvono molto rapidamente, infatti nei 4 mesi intercorsi tra l'arrivo nel 1979 della sonda Voyager 1 e quello della sonda Voyager 2 alcune eruzioni si erano fermate e ne erano comparse delle nuove, così come si erano modificati i depositi piroclastici circondanti i pennacchi eruttivi; la stessa cosa si è verificata tra il passaggio della Galileo e il sorvolo effettuato dalla sonda New Horizons.

Osservazioni effettuate con la sonda Galileo hanno mostrato che alcuni pennacchi vulcanici hanno superato i 300 km di altezza prima di ricadere sulla superficie e che il materiale espulso può raggiungere la velocità di 1 km/s. A causa del materiale vulcanico eiettato che si disperde nell'atmosfera, si suppone che nella sua storia geologica Io abbia subito una riduzione del diametro di almeno 3.2 km e che si sia fuso completamente almeno 400 volte. La sonda Galileo ha studiato alcuni vulcani geologicamente importanti: Pele è un vulcano a scudo, con un diametro alla base di 1400 km, con pennacchi intermittenti irregolari che possono superare i 400 km: una struttura simile ai vulcani hawaiani terrestri, ma 100 volte più larga. Probabilmente è costituita da una spessa crosta solidificata che ricopre una camera magmatica sotterranea; da Terra si nota una macchia calda sempre presente sulla cima di Pele, probabilmente lava liquida presente in una spaccatura della crosta. Loki Patera è costituito da una caldera semicircolare di 200 km, parzialmente riempita da materiale scuro in cui si vede una spaccatura rettilinea di 150 km; presenta un lago di lava incandescente con al centro un'isola. È il più grande vulcano a caldera del Sistema Solare. Prometheus è un vulcano equatoriale a caldera, alto 7.5 km e largo 270 km; mostra una colata di lava scura lunga più di 100 km, da cui si è desunto che il vulcano potrebbe essere rimasto attivo per 17 anni senza interruzioni. Il pennacchio si forma dal contatto della lava calda con un deposito di anidride solforosa ghiacciata, inoltre confrontando le immagini prese dalla Galileo con quelle prese dal Voyager 1 si è visto che in 20 anni il pennacchio si è spostato di 100 km a ovest. Ra Patera è il più esteso vulcano a scudo di Io; dal suo centro si dipartono in tutte le direzioni delle linee nere, lunghe anche 300 km, che alcuni pensano siano "fiumi" di zolfo. Quando il Voyager 1 sorvolò Io nel 1979 il Ra Patera era inattivo, ma le immagini che lo Space Telescope ha preso tra il 1995 e il 1996 mostrano che questa area è cambiata molto. Tvashtar Paterae è una regione vulcanica molto attiva vicino al polo nord con molte patere studiata dal novembre 1999 al febbraio 2000; durante tale periodo una patera ha eruttato un fiume di lava lungo 25 km e il cui pennacchio ha raggiunto i 2 km di altezza; in un'altra si è formato, a seguito di una eruzione, un lago di lava caldissima di silicati ed infine un pennacchio di gas è stato emesso raggiungendo i 385 km di altezza e imbiancando un'area estesa 700 km. Anche la sonda New Horizons il 28 febbraio 2007, durante il suo viaggio verso Plutone e la fascia di Kuiper, ha trasmesso delle immagini molto dettagliate di alcuni pennacchi vulcanici, tra cui quello del Tvashtar Patera, e le prime fasi eruttive del vulcano vicino alla Girru Patera.

Le osservazioni infrarosse fatte da Terra nell'ultimo decennio del XX secolo hanno modificato quanto si credeva a partire dalla fine del 1970, infatti la lava è troppo calda, 1800-2000 K (lava terrestre 1500 K), per essere formata di derivati dello zolfo; potrebbe essere formata di rocce silicee fuse: dal basalto alla komatite. Grazie allo Space Telescope si è desunto che nelle lave potrebbe esserci abbondanza di sodio, ma è anche probabile che i materiali eruttati differiscano da zona a zona. Su Io sono state fotografate varie strutture che si elevano al di sopra della superficie: delle plana e delle mensae, sorta di altopiani, a cui sono stati assegnati rispettivamente i nomi dei luoghi associati al mito di Io e delle figure mitologiche del fuoco: Argos Planum, Dodona Planum, Iopolis Planum, Nemea Planum, ..., Carpaneus Mensa, Pan Mensa, Prometeus Mensa, ...; poi dei tholi, rigonfiamenti a cupola che portano i nomi di figure mitologiche associate al fuoco o alla ninfa Io, Apis Tholus, Inachus Tholus e Tsui Goab Tholus, e dei fluctus, formazioni rocciose ondulate, che portano i nomi di dei del fuoco e del tuono, o di località associate al mito di Io: Arinna Fluctus, Euboea Fluctus, Lei-zi Fluctus, Uta Fluctus, ....

Ma sono state anche viste 100-150 alte montagne non vulcaniche, denominate Mons; alcuni pensano che queste ultime siano enormi plutoni affiorati in superficie a seguito delle continue spinte tettoniche, in ogni caso la loro presenza porta ad una stima approssimativa di una crosta con uno spessore di almeno 30 km. Tra i più alti ci sono: Boosaule Mons, 17.5 km, Euboea Montes, catena inclinata di 6o con frane sul versante settentrionale e di 13.4 km, Ionian Mons, 12.7 km, Hi'iaka Montes, 11.1 km ed Haemus Montes, 10.8 km vicino al polo sud.

Le dimensioni di Io da sole non spiegano come tale satellite possa essere tanto caldo da presentare questa intensa attività vulcanica; si è ipotizzato un riscaldamento dovuto all'effetto mareale causato dalla interazione gravitazionale con Europa e Ganimede che si trovano in risonanza tra loro: mentre Ganimede completa 1 orbita Europa ne completa 2 ed Io 4 (1:2:4). Questo provoca delle oscillazioni periodiche che causano delle variazioni nel diametro di Io anche di 100 m; tali continue contrazioni e allungamenti comportano una frizione interna che genera calore: se l'orbita di Io fosse perfettamente circolare il rigonfiamento rimarrebbe fisso.

Un'altra fonte di calore, anche se rappresenta solo 1/1000 dell'energia totale emessa ogni secondo dalla superficie di Io (circa 10¹⁴ J/s), deriva dal continuo attraversamento di Io del campo magnetico di Giove ad una velocità di circa 57 km/s; ciò genera delle correnti elettriche all'interno del satellite che portano ad una differenza di potenziale tra i suoi estremi di 600 kV che produce per effetto Joule un riscaldamento di Io (processo analogo a quello che produce il riscaldamento di una resistenza percorsa da corrente).

Tali correnti elettriche sottraggono ad Io 1 tonnellata al secondo di atomi ionizzati, atomi che insieme alle particelle cariche della magnetosfera di Giove vanno ad alimentare una struttura a forma di ciambella, visibile nell'ultravioletto, nota come Toro di plasma di Io, che è costituita da ioni di zolfo, ossigeno, sodio e che orbita attorno a Giove, insieme alla sua magnetosfera, a 74 km/s in prossimità dell'orbita di Io. Tale toroide è leggermente inclinato rispetto all'equatore di Giove e di Io e si può considerare diviso in tre parti:

• una parte esterna calda, che si trova appena esternamente all'orbita di Io, da dove le particelle, dopo circa 40 giorni di permanenza, scappano diventando parzialmente responsabili della dimensione inusuale della magnetosfera gioviana;
• una regione estesa verticalmente, denominata "fettuccia", che si trova circa alla distanza di Io da Giove e contenente sia la regione neutra da dove proviene il plasma di ioni, che il plasma che si sta raffreddando;
• una regione interna, il toro freddo, composta di particelle che lentamente spiraleggiano verso Giove.

Oltre al Toro, scoperto grazie alla sonda Galileo, Io è circondato, ad una distanza pari a 6 volte il suo raggio, da nubi di zolfo, ossigeno, potassio e sodio neutro; si tratta di particelle dell'alta atmosfera di Io, eccitate dalla collisione con gli ioni del plasma del Toro, che riempiono la sfera di Hill di Io.

Alcuni di questi atomi riescono a sfuggire alla gravità di Io e finiscono per orbitare attorno a Giove con un periodo orbitale di poco più di 20 ore, più velocemente di Io, e questo porta alla formazione di una scia neutra uscente da Io che raggiunge le dimensioni di 6 raggi gioviani e che venne vista per la prima volta nel 1992 dalla sonda Ulysses. Struttura interna Io sembra composto soprattutto da silicati, come i pianeti terrestri; si pensa che abbia una crosta di zolfo e anidride solforosa solidi che galleggiano su uno strato di zolfo fuso spesso vari km, che a sua volta si trova su una subcrosta di silicati. I dati della sonda Galileo fanno ipotizzare la presenza di un nucleo di ferro e nickel di almeno 900 km di raggio, in cui potrebbe essere presente anche del solfuro di ferro.

Le nuvole sulfuree presenti nell'atmosfera contengono una molecola di zolfo non rilevata in ambiente terrestre; infatti si tratta di un composto in cui le molecole dello zolfo cristallino sono formate da coppie, invece che da 8 atomi come nei solfuri terrestri, e che risultano stabili solo alle alte temperature e nelle condizioni estreme dei vulcani di Io. Alcuni degli ioni di zolfo ed ossigeno del Toro seguendo le linee di forza del campo magnetico gioviano possono impattare sull'atmosfera di Io, producendo delle aurore molto luminose vicino all'equatore, dove le linee di forza sono tangenti al satellite. Campo magnetico Dai dati della sonda Galileo si sospetta che Io possegga un proprio campo magnetico. Le correnti che lo riscaldanoper effetto Joule producono certamente un campo magnetico.

Tabella riassuntiva sul Sistema Solare