“岩浆海” 木卫一上存在嘛？

原创： 牧夫天文

2000年左右我们普遍认为木卫一表面下存在岩浆海，然而这已经是过时的信息了。

伽利略号于1997年9月19日在绕木星第10圈时拍摄的木卫一。木卫一略大于我们的月球，是太阳系中火山活动最活跃的天体。

Credit：NASA/JPL/University of Arizona

太阳系中拥有火山最多的木卫一(IO/艾奥)表面下可能根本没有岩浆海。多年前美国宇航局(NASA)的伽利略号(Galileo)测量到了木卫一周围磁场的变化，科学家们认为：这可能是木卫一存在岩浆海，并与木星磁场相互作用的结果。但最近的研究表明，同样的变化也可能是由木星磁场和木卫一火山大气之间的相互作用造成的，当然这并不能排除岩浆海的存在。

这是伽利略号拍摄的一张伪彩照片，图中是木卫一上一座活跃的火山。左上角是新喷发的热熔岩，两个小亮点也是暴露的熔岩。橙色和黄色的带状区是一条冷却的熔岩流，超过60千米长。

Credit：NASA/JPL

作为太阳系中最大的行星，木星拥有除太阳外最大的磁层，这也是个由磁场占主导的带电等离子体鞘层。木星的大部分卫星，包括木卫一，都处在木星的巨大磁层中，它们的大气层和磁场可以在这个尺度上相互影响。

伽利略号在1999年至2002年间探索木星系统时，曾6次飞掠木卫一。这些近距离飞掠揭示了木卫一与木星磁场的相互作用，以及其广泛的火山活动，这也使研究人员得出结论：木卫一在其表面下隐藏了一个岩浆海。

左图为伽利略号1999年7月3日拍摄的木卫一的全尺度视图。右边的红外图像摄于 2001年10月16日白天,近红外照片显示活火山发出炽热的热辐射。

Credit：NASA/JPL/University of Arizona

但是，目前对木卫一大气层研究的一个独立科学家小组重新评估了伽利略号的数据，他们提出：仅仅是木卫一上火山喷发导致的大气层变化就能解释伽利略号所观测到的数据。

最早在2011年研究估测的木卫一大气层要比后来的探测结果稀薄很多。德国科隆大学(University of Cologne)的研究员们表示：“我们认为木卫一的大气层是不对称的，并且更加厚，这样一来岩浆海就不是解释伽利略号数据的必要条件了。”

旅行者1号拍到的木卫一上的火山爆发。

Credit：NASA/JPL

分布不均的磁场

木卫一拥有150多个已知的火山热点，是太阳系中火山最多的天体。据观测数据，来自16个不同火山中心的气体和尘埃柱已经上升到400千米的高度，创造了一个密度参差不齐的富硫大气层。当木卫一穿过木星的阴影时，大气会变成霜雾，一旦受到阳光照射，就会蒸发成气体。伽利略号任务结束以来，研究人员从地球和外太空继续观测木卫一的大气层。这些观测揭示了木卫一大气密度是如何随其位置变化而改变的，并且两极的大气比赤道处稀薄。

与地球不同的是，木卫一没有自己的磁场，地球的铁质内核在自转时会产生磁场，相反木卫一则被木星巨大的磁层所覆盖。德国科隆大学研究员布洛克(Blocker)说:“如果把木卫一从木星的磁层中取出来，它便不会有磁场。”

布洛克和她的同事模拟了木卫一大气与木星磁场之间的相互作用，以确定大气如何影响周围的木星磁层。他们主要研究了火山Tvashtar和Pele的火山喷射是如何影响木卫一的等离子体环境。Tvashtar位于木卫一的北极附近，而Pele位于赤道附近。这两座火山几乎位于木卫一的相反两侧，所以当其中一座在白天时，则另一座几乎隐于黑暗中。

伽利略号拍摄的火山喷发

Credit：NASA/JPL

研究人员发现，极地的火山喷射对木卫一周围的磁场有更强的影响，而赤道附近的火山则弱得多，木卫一的电离层会因为这些火山喷射而发生变化，而这可解释伽利略号之前的探测结果。

这一结果与该团队2017年的发现相符，即木卫一的极光区域与岩浆海不一致。不过岩浆海仍有可能在木卫一的表面下流动。布洛克表示：“未来我们可以利用不依赖于磁场环境的研究数据来直接研究木卫一可能存在的岩浆海。”
这一研究结果发表在《地球物理研究杂志:空间物理学》上。

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木卫一世界地图

Credit：USGS