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木衛一的岩漿海洋?

在1610年,伽利略用望遠鏡觀測到了繞著木星運轉的四顆衛星:木衛一(Io)、木衛二(Europa)、木衛三(Ganymede)、木衛四(Callisto);為了表彰伽利略的貢獻,這四個衛星又被稱為伽利略衛星(Galilean moons)。

木星(Jupiter) 的巨大紅班(Great Red Spot) 與伽利略衛星(Galilean satellites)。[0]

  到了1972,科學家終於派遣航海家一號(Voyager1)前往木星探索。原先,木衛一被認為是一個冷寂的衛星,但是他們卻發現木衛一的表面竟然有蕈狀物突起──原來,那是火山噴發的情景。



木衛一[1]  木衛一表面被超過四百個火山覆蓋,幾乎每分每秒都有火山在噴發,噴出大量的硫,使得大氣組成以硫氧化物為主,不但造成木衛一溫度上升,而且也改變了木衛一的地表顏色。



木衛一表面[2]  觀測到木衛一的特殊之處後,科學家們開始用各種理論模型模擬木衛一的地理環境。最初的理論是潮汐加熱:木衛一是最靠近木星的衛星,繞行木星時,木星會將它拉近自己、而另外兩個鄰近衛星(木衛二、木衛三)則會將它向外拉,力平衡之下,木衛一就以橢圓軌道繞行木星;又因為木星質量、體積太過巨大,木衛一在不同距離下受到的重力都不同,使得近木星面被拉長、產生形變,形變過程中的摩擦力提供了熔岩所需的熱能。



伽利略衛星[3]木衛一繞行軌道[4]



  但是,科學家以這個理論,電腦模擬所得的結果,和實際觀測結果相比之下,卻大多都向東偏移30-60度,因此,去年科學家又在潮汐加熱的基礎上,假設了另一個加熱系統──流體流動時的摩擦。

  他們假設木衛一表層下有岩漿構成的海洋,但並非處於完全熔融態,而是只有大約20%岩石熔化。這樣黏稠的液體在流動時,本身相互摩擦,或是摩擦其他半熔融、固態岩石,都會產生熱能。

  到了今年,這個理論很可能要被推翻了。

因為木星的磁力線貫穿了木衛一,木衛一的帶電粒子可以沿著磁力線進入木星的大氣層,在木星極區產生極光,科學家可以藉由極光的顏色、強弱變化來觀測木衛一的各項特質。而產生磁力的原因,被認為是岩層下的岩漿海洋內部的帶電粒子在旋轉時產生了磁場(與地球磁場形成原因相同)。



木衛一在木星上產生的極光[5]



  幾個科學家利用哈伯望遠鏡遠距離觀測木星上,木衛一產生的極光,在紫外光波段的變化,來偵測木衛一的磁場。結果卻與電腦模擬相異──木衛一擁有岩漿海洋,那麼根據冷次定律(抵抗磁場變化),木星在靠近木衛一一側的磁場消長應該會比實際觀測到的更小。

  這個結論雖然顯示岩漿海洋存在的可能性大減,但是岩漿還是可能存在岩層縫隙中。另外,「木衛一的磁場從何而來」仍然是個未解的謎題,留待未來的太空任務提供更精確的數據。



 



原始資料:

Underground Magma Ocean Could Explain Io's 'Misplaced' Volcanoes

https://www.nasa.gov/content/goddard/io-volcano-tides

Auroras from Jupiter's Volcano Moon Shine Light on Its Interior

http://www.space.com/36452-auroras-from-io-reveal-mysterious-interior.html?utm_source=notification



參考資料:



Magma Oceans on Jupiter's Moon Io May Solve Volcano Mystery

http://www.space.com/30530-jupiter-moon-io-magma-volcano-mystery.html

Io: Facts about Jupiter’s Volcanic Moon

http://www.space.com/16419-io-facts-about-jupiters-volcanic-moon.html

Jupiter's Moons: Crash Course Astronomy #17   

https://www.youtube.com/watch?v=HaFaf7vbgpE&t=64s

Jupiter's Moon Io Erupts 

https://www.youtube.com/watch?v=GkfDnIQsEXs



圖片來源:



[0] http://psroc.org.tw/Bimonth/article_detail.php?classify=c2&cid=106

[1] https://www.youtube.com/watch?v=HaFaf7vbgpE&t=220s

[2] https://www.youtube.com/watch?v=HaFaf7vbgpE&t=190s

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_heating_of_Io#/media/File:Tidal_heating_on_Io.png

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_heating_of_Io#/media/File:Tidal_heating_on_Io.png

[5] http://m.qudong.com/pcarticle/291663



 

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