度的测量,验证开普勒的行星运动第三定律,和测量光线在旅行在木星和地球之间的时间 。以卡西尼等人建立的星历表为基础,拉普拉斯创造了一种数学的理论来解释艾奥、欧罗巴、和盖尼米得的轨道共振 。这种共振在日后发现对这三颗卫星的地质有深远的影响。
望远镜技术的改进,使19世纪末20世纪初的天文学家有能力在解析(能看得见)出在艾奥上大区域的表面特点。
在1890年代,巴纳德首先观察到艾奥的赤道和极区之间在光度上的变化,正确的测量出这两个地区的光度变化是来自颜色和反照率的不同,而不是因为艾奥呈现卵型,一如威廉·皮克林和他的同伴所主张的,而不是巴纳德最初所主张的是两个不同的天体 。之后的望远镜观测证实了艾奥很明确的在极区是红棕色的,而赤道带是黄白色的。
在20世纪中期的望远镜观测开始注意到艾奥异常的本质。分光镜的观测建议艾奥的表面没有水冰(在其它的伽利略卫星上被发现含量丰富的物质);同样的观测亦表面主要的成分是钠盐和硫磺。 电波望远镜的观测揭露了艾奥对木星的磁层有所影响,如被观察到的十米的波长爆发与艾奥的轨道周期有关 。
通过艾奥附近的第一艘航天器是先驱者10号和先驱者11号这一对孪生的航天器,分别在月月2日 以无线电追踪提供了艾奥质量的改善估计值、与艾奥尺寸的最佳值。认为艾奥是四颗伽利略卫星中密度最高的,主要是由硅酸盐的岩石组成,而不是水冰组成的。
先驱者号也揭露艾奥有稀薄的大气层,轨道附近有强烈的辐射传送带。先驱者11号的照相机获得的唯一一张好的照片,显示了艾奥的北极地区。先驱者10号原先计划在近距离的接近艾奥时拍摄照片,但是这项观测因为高辐射的环境而失败了 。
当另一对航天器旅行者1号和旅行者2号在1979年掠过艾奥,它们更为先进的影像系统可以获得更好的影像。
旅行者1号在1979年3月5日从20,600公里飞掠过这颗卫星 ,它传回在接近的影像显露很奇怪、多彩多姿却没有撞击坑的 。分辨率最高的影像显示出相对年轻的表面点缀著其形怪状的凹坑,山比艾佛勒斯峰还要高,还有类似熔岩流的特征。
在短暂的邂逅之后,旅行者工程师琳达·蒙娜碧朵注意到在一张影像中有一个流束从表面放射出来。分
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