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旅行者在距地球7億千米的深空,發現從未見過畫面,火山正在噴發!
2023/03/28

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NASA應該很慶幸當年執行的旅行者計劃,因為它所留下的遺產,一直到現在仍然在發揮著重要作用,而在1979年3月5日飛掠木星系統時的發現,直接讓NASA的科學家震驚不已,因為在旅行者一號傳回的照片中,木衛一艾奧的火山正在噴發中!

旅行者一號匆匆一瞥的木星之旅

旅行者一號的目的地并非是木星,它的目的地在遠方!這是NASA為數不多的在規劃前沒有明確指定目的天體的任務,因為它的任務是飛出太陽系,而木星只是在它去往遠方的匆匆過客!

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1977年9月5日,旅行者一號晚二號大約半個月時間,從卡納維爾角由泰坦3號E運載火箭直接送上了脫離地球的軌道,盡管它比二號晚出發半個月,但它選擇的軌道比一號要更短,脫離地球時也更快,因此它在到達木星軌道前,就已經超過了半個月前出發的二號!

火星軌道外側:一號超過二號

使得旅行者二號錯失了可能是太陽系探測史上可以名垂青史的發現,旅行者橫跨了大約7億千米的地木軌道距離,在1979年3月5日從2.06萬千米的距離上飛掠木衛一(艾奧)的,在這個從小到大,又從大到小的數天時間里,旅行者一號拍攝了艾奧的大量照片!

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旅行者1號拍攝的包涵蓋艾奧南極區的拼接圖

艾奧是最靠近木星的一顆衛星,直徑3642千米,比月亮還要大一些,伽利略在發明望遠鏡后第二個觀測目標就是木星系統,它是四顆伽利略衛星之一!當這些照片通過旅行者一號探測器3.7米的高增益天線傳回地球后,科學家發現了木衛一上很多奇怪現象!

木星和艾奧

這木衛一看起來就像一個早期地球的模樣,有很多彩色的斑點,但卻很少看到撞擊坑,分辨率最高的圖像顯示木衛一表面有一些奇怪的凹坑,還有一些高山卻比珠峰還高,甚至還有熔巖流過的痕跡!

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此時旅行者探測器的計劃的工程師琳達·蒙娜碧朵發現在有一張照片中,漆黑深空中艾奧的剪影,有一束奇怪的羽流狀從表面噴出,進而去搜尋整個旅行者拍攝的照片,發現有9張有這種羽流狀噴出物!科學家才恍然大悟,這就是我們地球上常見的火山!在太陽系其他天體上發現活火山,讓科學家有點懵,一種不真實的感覺油然而生!

旅行者二號在7月9日以113萬千米的距離上飛掠了艾奧,盡管距離比較遠,但對于科學家所關注的9個火山噴發點中,有8個仍然活躍,并且短短數月不見,艾奧就已經發生了目視可見的表面變化!

木衛一艾奧為什麼會存在活火山?

木衛一是除了地球以外,短時間內能發生重大變化的巖石質天體了,甚至它比地球變化更甚,因為它幾乎就沒什麼大氣層,產生的變化直接就是表面特征變化,而地球,大部分都是大氣運動產生來濫竽充數的!

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跟月球差不多大的天體,火山是怎麼發生的?

月球的直徑是3470千米,一直以來月球上都靜悄悄的,幾十億年來除了剛形成那會的運動外,后面就只有小行星偶爾來光顧下了,而艾奧比它大了一丟丟,幾乎天天都在發生變化!這動力到底來自哪里?

木星是艾奧火山活動的罪魁禍首

當科學家看到艾奧火山活動的照片后,確實有那麼一下愣神,但靜下心來想想也就明白了,因為艾奧距離木星太近了,它不但被木星潮汐鎖定,而且還和其它幾顆衛星形成了軌道共振!當然這些都不是木衛一火山產生的原因!

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伽利略衛星的軌道共振

木衛一的橢圓軌道和直徑14萬千米的木星對其的潮汐力,是木衛一內部熱量的來源,一般像地球那麼大的行星,熱量來自于引力坍縮和放射性物質衰變。而木星的潮汐力在艾奧橢圓軌道上產生的近木點和遠木點有很大的差異,因此巖層的摩擦導致的熱量,其足以在內部融化巖石,產生火山噴發,因此木衛一的活躍是太陽系里首屈一指的,這都是木星在背后默默的給它加油!

木衛一的近木點為42萬千米,遠木點42.34萬千米,在木星表面觀測,和月亮在地球上看差不多,不過木衛一的軌道在潮汐散逸下,很快的就會圓化,以后火山頻度可能就越來越低了。

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伽利略探測器對艾奧的觀測

兩個旅行者對只是飛掠木星,無法仔細觀測,因此留下了太多的謎團,心癢癢的科學家一直處心積慮要對木衛二來一次全方位觀測,事情終于在1989年10月18日成行,伽利略木星探測器由亞特蘭蒂斯號航天飛機帶上太空,在近地軌道上點燃火箭,飛向了目的地木星!

伽利略探測器:實際中高增益天線未展開

由于木星有一個強大的輻射帶,而艾奧則剛好在這條輻射帶內,因此伽利略探測器在1995年抵達木星后,與艾奧近距離接觸的機會并不多,在伽利略壽命期內總共只有十一次接觸,但有7次是百公里級的近距離接觸,因此伽利略有很多大發現!

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比如伽利略主要觀測了皮蘭火山爆發,確認它的噴出物是硅酸鹽的巖漿和富含鎂的鐵鎂質和超鐵鎂質成分與硫磺和二氧化硫組成,與地球上火山噴出物是二氧化碳和水的趕腳有點類似!并且在伽利略的數次任務間,艾奧的表面都發生了目視可見的明顯變化,這證實了艾奧火山的頻繁程度,簡直不可想象,另外還證實艾奧存在極光!

在伽利略號和新視野號相隔八年觀察到的表面特征變化

后續還有前往太陽系邊陲的新視野號飛掠任務,它在2007年2月28日途中曾接近木星和木衛一艾奧,觀測到了括陀濕多火山口的巨大噴出物,這是自1979年來艾奧最大的火山噴發,最近的朱諾號也能對艾奧有一些觀測,但僅限于近紅外線分光儀(JIRAM)提供艾奧的火山活動。

哈勃以及地面望遠鏡的觀測

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艾奧的火山噴發甚至夸張到能讓哈勃望遠鏡看到,在紅外波段上直接就能看到它表面發生的巨大變化,如果有一天在艾奧上登陸,我們將看到比黃石火山噴發規模還要大的艾奧火山噴發。

木星系中的無限可能:木衛二歐羅巴

木星衛星中除了脾氣暴躁的木衛一外,還有表面冰冷,內心溫暖的木衛二歐羅巴,它表面覆蓋著巨大的冰殼,但在厚厚的冰殼下就是溫暖的海洋,據哈勃觀測到的光譜分析,應該是一個含鹽海洋,幾乎就和地球上的海洋差不多。

2016年2月至2017年7月觀察到的Io月球熱點的紅外圖像

而這個海洋的熱量來源,也是木星的超吸引力加熱所致,所以早就有科學家懷疑,木衛二的海洋中早已演化出了生命,也許我們某一天登陸木衛二時,還得帶上一個漁網!

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