TL; DR: Porque o espaço ao redor de Io é cheio de grandes quantidades de enxofre ionizado produzido pelos muitos vulcões de Io.

Há um número absurdo de vulcões em Io, e eles expelem uma enorme quantidade de enxofre. A baixa gravidade e a atmosfera fina permitem que o ejeto escape da atmosfera de Io e alcance o espaço. Como resultado, o caminho orbital de Io é como uma nuvem de poeira de enxofre em forma de anel (chamada de toro). A magnetosfera superpoderada de Júpiter extrai mais enxofre da própria atmosfera de Io e ioniza todo esse enxofre, fazendo com que ele adira a qualquer superfície com carga neutra nas proximidades.

Io, vulcões e enxofre:

O enxofre vem principalmente do próprio Io - especificamente, o enorme número de vulcões ativos (pelo menos 400, na última contagem) que pontilham a superfície da lua. A abundância de atividade vulcânica em Io é principalmente o resultado da tremendas forças de maré causadas pela imensa força gravitacional de Júpiter.

^{Uma pequena amostra de alguns dos vulcões conhecidos de Io}

Several volcanoes produce plumes of sulfur and sulfur dioxide that climb as high as 500 km (300 mi) above the surface. Io's surface is also dotted with more than 100 mountains that have been uplifted by extensive compression at the base of Io's silicate crust... Most of Io's surface is composed of extensive plains coated with sulfur and sulfur-dioxide frost.

^{Jupiter's moon Io, as photographed by the Galileo probe. The varying colors are mostly different kinds of sulfur (photo's colors altered to better represent what Io would actually look like to the human eye).}

Io's volcanism is responsible for many of its unique features. Its volcanic plumes and lava flows produce large surface changes and paint the surface in various subtle shades of yellow, red, white, black, and green, largely due to allotropes and compounds of sulfur.
- Wikipedia

^{Um dos vulcões mais conhecidos de Io, Pelé, e o anel de enxofre que produziu (para uma foto de uma pluma maciça de ejetos provenientes de uma das erupções de Pelé, veja abaixo)}

Além de a superfície da lua estar coberta de poeira vulcânica de enxofre, a atmosfera também está cheia de enxofre derramada pela atividade vulcânica:

When the twin probes Voyager 1 and Voyager 2 passed by Io in 1979, their more advanced imaging system allowed for far more detailed images. Voyager 1 flew past Io on 5 March 1979 from a distance of 20,600 km (12,800 mi).

Shortly after the encounter, Voyager navigation engineer Linda A. Morabito noticed a plume emanating from the surface in one of the images. Analysis of other Voyager 1 images showed nine such plumes scattered across the surface, proving that Io was volcanically active. This conclusion was predicted in a paper published shortly before the Voyager 1 encounter by Stan Peale, Patrick Cassen, and R. T. Reynolds. The authors calculated that Io's interior must experience significant tidal heating caused by its orbital resonance with Europa and Ganymede (see the "Tidal heating" section for a more detailed explanation of the process). Data from this flyby showed that the surface of Io is dominated by sulfur and sulfur dioxide frosts. These compounds also dominate its thin atmosphere...
- Wikipedia

O velocidade de escape (a velocidade necessária para um objeto deixar um objeto astronômico) de Io é relativamente baixa¹, porque sua gravidade é apenas 1 / 6 e a da Terra, e a atmosfera é muito fina (a atmosfera da Terra é aproximadamente 200,000,000 vezes mais denso do que Io). Tomados em conjunto, esses fatos significam que, quando um vulcão em Io entra em erupção, a nuvem de ejetos pode escapar facilmente da atmosfera e entrar no espaço. A título de comparação, se de alguma forma mudamos o famoso "Velho fiel"do gêiser do Parque Nacional de Yellowstone até a superfície de Io, suas plumas de água alcançariam alturas de ~ 37 quilômetros (23 milhas) - em comparação com a altura real de pés 106-185 (metros 32-56) aqui na Terra.

Enormes plumas vulcânicas em Io, deixando a atmosfera e pulverizando-se no espaço (a terceira imagem mostra uma erupção do vulcão Pele², o assunto de outra foto postada acima):

^{Pluma vulcânica em Io subindo 330 km (210 mi) acima da superfície da lua}

Io, Júpiter, Magnetosferas e Tubos de Fluxo:

Na vida real, existe algo conhecido como "tubo de fluxo" entre Júpiter e Io.

A flux tube is a generally tube-like (cylindrical) region of space containing a magnetic field, such that the field at the side surfaces is parallel to those surfaces. Both the cross-sectional area of the tube and the field contained may vary along the length of the tube, but the magnetic flux is always constant...

As used in astrophysics, a flux tube generally has a larger magnetic field and other properties that differ from the surrounding space. They are commonly found around stars, including the Sun, which has many flux tubes of around 300 km diameter. Sunspots are also associated with larger flux tubes of 2500 km diameter. Some planets also have flux tubes. A well-known example is the flux tube between Jupiter and its moon Io.
- Wikipedia

Este tubo de fluxo específico contém uma quantidade significativa de enxofre ionizado:

^{Uma corrente elétrica de cinco milhões de amperes flui ao longo do tubo de fluxo de Io. Ele conecta Io à atmosfera superior de Júpiter, como um cordão umbilical gigante. O toro plasmático está centrado perto da órbita de Io e é tão espesso quanto Júpiter é largo. O toro é preenchido com íons de enxofre e oxigênio energéticos que têm uma temperatura de cerca de 100 mil kelvin.}

^{Fonte: Sete maravilhas dos gigantes gasosos e suas luas Por Ron Miller}

O campo magnético de Júpiter - ou magnetosfera - é obscenamente poderoso:

The stronger the magnetic field, the larger the magnetosphere. Some 20,000 times stronger than Earth's magnetic field, Jupiter's magnetic field creates a magnetosphere so large it begins to avert the solar wind almost 3 million kilometers before it reaches Jupiter. The magnetosphere extends so far past Jupiter it sweeps the solar wind as far as the orbit of Saturn.
- University of Colorado at Boulder: Laboratory for Atmospheric and Space Physics

^{Diagrama esquemático da magnetosfera de Júpiter e dos componentes influenciados por Io (próximo ao centro da imagem): o toro plasmático (em vermelho), a nuvem neutra (em amarelo), o tubo de fluxo (em verde) e as linhas de campo magnético (em azul )}

Essa magnetosfera dominada absorve gás e poeira da atmosfera de Io a uma taxa absurda de ~ 1 tonelada por segundo. O material - predominantemente oxigênio e enxofre - é ionizado pelas enormes quantidades de energia elétrica (400,000 volts, 3 milhões de amperese cerca de 2,000,000,000,000 watts - aproximadamente equivalente a toda a eletricidade produzida pelos seres humanos) jogado fora por Júpiter.

Parte do enxofre ionizado é capturado no campo magnético de Júpiter e atraído de volta ao gigante gasoso, onde ataca os gases nos pólos de Júpiter e causa auroras:

Enxofre ionizado e Discovery One:

Quando o filme começa, uma missão está sendo organizada para alcançar os Discovery One, que teve problemas em 2001: Uma Odisséia no Espaço. O tempo é essencial, porque a espaçonave abandonada está à deriva e logo colidirá com uma das luas de Júpiter - Io. A NASA está claramente interessada em descobrir o que aconteceu com Discovery One e sua tripulação, e porque o navio está prestes a ser despedaçado, eles precisam chegar lá com pressa.

O fato de a nave colidir com Io implica que provavelmente esteja em uma órbita instável em torno de Io. Isso significaria que o Discovery One flutua no tubo de fluxo há vários anos, cercado por nuvens maciças de enxofre ionizado.

Nem sequer necessidade por estar tão perto - estudos de uma das outras luas de Júpiter, Europa (também um importante elemento do enredo do filme), descobriram que há reações químicas ocorrendo na superfície gelada de Europa. Essas reações envolvem grandes quantidades de enxofre ionizado e oxigênio, e acredita-se que o enxofre e o oxigênio na Europa tenham sido originalmente expelidos pelos vulcões de Io.

O navio provavelmente acumularia um revestimento de pó de enxofre por estar relativamente próximo de Io, independentemente de outros fatores. No entanto, nossa própria espaçonave do mundo real - por exemplo, a Estação Espacial Internacional - é projetada de tal maneira que o casco é essencialmente "aterrado" para evitar problemas maciços do acúmulo de carga elétrica.

The grounding of the space station's photovoltaic arrays (the negative end of the arrays are grounded to the structure) place the ISS at large negative electrical potentials (-160 volts DC) relative to the ambient space plasma when the arrays are producing power.

In order to avoid sputtering and to lessen other undesired results of this grounding scheme, plasma contactor devices in the hull emit a steady stream of plasma from the station to raise its potential to within a few volts of the ambient plasma.

The plasma contactor acts as an electrical ground rod to connect the space station structure to the local environment and harmlessly dissipate the structure charges. GRC engineers designed, manufactured, and tested the hollow cathode assembly, which performs this function by converting a small supply of gas into ions and electrons and discharging this stream to space. The stream carries with it the excess electrons that created the surface charge.
- NASA

Podemos supor que o Discovery One também emprega alguma forma de aterramento do casco.

Nesse caso, o navio se tornaria um verdadeiro ímã, puxando ativamente o enxofre ionizado até o casco, como um sistema de pulverização eletrostática.

An electrostatic paint spray system is a highly efficient technology for the application of paint to specific workpieces. Negatively charged atomized paint particles and a grounded workpiece create an electrostatic field that draws the paint particle to the workpiece...

Because the charged particles are attracted to the grounded workpiece, overspray is significantly reduced. Paint particles that pass a workpiece can be attracted to and deposited on the back of the piece. This phenomena is known as "wrap".
- Source

"Isso (provavelmente) aconteceria com um navio que orbita Io a uma altitude comparável por uma quantidade semelhante de tempo, fora do universo?"

Provavelmente. As únicas naves espaciais que passaram pelo tubo de fluxo e pelo toro onde o enxofre é mais abundante são as sondas de longa distância, unidirecionais como a Viajante e Galileo sondas. Obviamente, não podemos vê-los para verificar a cor do casco, mas Voyager 1 teve alguns problemas no tubo de fluxo:

As noted by Scudder et al. [1981], within the Io plasma torus where electron densities n_e exceeded 1000 cm ^-3, the spacecraft charged to a negative potential. When the spacecraft becomes negatively charged, the return current relation used by Scudder et al. [1981] is no longer valid, and some other other means must be used to estimate n_e and the spacecraft potential Φ_sc.
- University of Colorado at Boulder: Laboratory for Atmospheric and Space Physics

Considerando o fato de que a sonda ficou tão carregada negativamente que os instrumentos não funcionam mais corretamente e, quando a carga negativa foi adquirida ao voar através de enxofre ionizado, é provável que a sonda tenha captado uma camada de enxofre - e isso é apenas pela passagem pela área por algumas horas, não permanecendo lá por anos.

Conclusão:

Quando uma espaçonave passa nove anos flutuando em uma nuvem de enxofre vulcânico ionizado, ela acaba coberta de poeira amarela e fedorenta.

E isso:

Torna-se isso:

¹A velocidade de escape da Terra é de ~ 11 quilômetros por segundo; Io é de ~ 2.5 quilômetros por segundo

²As maiores plumas produzidas pelos vulcões de Io são chamadas "Plumas do tipo Pelé"porque as erupções de Pelé são enormes. As plumas do tipo Pelé podem atingir alturas de 300-500 km (190-310 mi). Uma pluma 500 km de altura tem cerca de 1 / 7 o diâmetro de toda a lua; a título de comparação, se Os vulcões da Terra produziam plumas com uma altura igual a 1 / 7th de seu diâmetro, as plumas teriam 1,820 km (1,130 mi) de altura.O anel de enxofre em torno de Pele tem 1,000 quilômetros (620 mi) de largura - cerca de 1 / 3 o diâmetro de a lua; isso seria como um anel de enxofre 4,247 km (2,638 mi) de largura na Terra - do tamanho dos Estados Unidos.

Isso é descrito em alguns detalhes consideráveis ​​no livro em que o filme foi baseado; 2010: Odyssey Two de Arthur C. Clarke.

Essas cenas evidentemente não chegaram ao corte final do filme. escrita.

‘My fellow Americans - I sound like a politician, God help me - came out of hibernation without any problems, and are both looking forward to starting work. We’ll all have to move quickly; not only is time running out, but Discovery seems to be in very bad shape. We could hardly believe our eyes when we saw how its spotless white hull had turned a sickly yellow.

‘Io’s to blame, of course. The ship’s spiralled down to within three thousand kilometres, and every few days one of the volcanoes blasts a few megatons of sulphur up into the sky. Even though you’ve seen the movies, you can’t really imagine what it’s like to hang above that inferno; I’ll be glad when we can get away, even though we’ll be heading for something much more mysterious - and perhaps far more dangerous.

‘I flew over Kilauea during the ‘06 eruption; that was mighty scary, but it was nothing - nothing - compared to this. At the moment, we’re over the nightside, and that makes it worse. You can see just enough to imagine a lot more. It’s as close to Hell as I ever want to get.

Quanto a se isso causaria uma deterioração na órbita do Discovery, a resposta é muito firme sim. O Discovery está a apenas alguns anos de ser arrastado para que pouca atmosfera existe em Io e chegando a um fim abrupto (e terminal).