木卫一为何是太阳系中火山活动最活跃的天体？

NASA朱诺号探测木星任务的科学家发现，木卫一上的火山可能各自由其自身的炽热岩浆室驱动，而不是由一个岩浆海洋提供能量。此发现解开了关于木卫一最显著地质特征的地下起源之谜，这一问题困扰科学界已有44年。

关于木卫一火山活动起源的研究论文于12月12日（周四）发表在《自然》杂志上。研究结果以及其他与木卫一相关的科学发现也在美国地球物理联合会年度会议上进行的媒体简报会上公布。该会议是全美最大规模的地球与空间科学家聚会。

木卫一大小与地球的月球相仿，是太阳系中火山活动最活跃的天体。据估计，该卫星上分布有约400座火山，这些火山几乎连续不断地喷发熔岩和羽流，覆盖其表面形成特有的外观。

这段动画展示了基于NASA朱诺号任务收集的数据对木卫一的火山活动之旅，包括火山羽流的喷发、表面熔岩的景象以及该卫星的内部结构。
Credit:NASA/JPL-Caltech/SwRI/Koji Kuramura/Gerald Eichstädt

尽管木卫一早在1610年1月8日由伽利略·伽利莱发现，但其火山活动直到1979年才被首次观察到。当时，NASA喷气推进实验室的成像科学家琳达·莫拉比托首次在旅行者1号拍摄的一张图像中发现了一个火山羽流。

“自从莫拉比托的发现以来，行星科学家们一直在探讨这些火山是如何由地下熔岩提供能量的，”朱诺号首席研究员、位于圣安东尼奥的西南研究所的斯科特·博尔顿说道。“它们的能量来源是一个浅层炽热岩浆海洋，还是更局限的岩浆室？我们知道，朱诺号的两次非常近距离飞掠能够为我们提供关于这颗‘受折磨的月球’运作机制的洞见。”

朱诺号探测器在2023年12月和2024年2月两次极其近距离飞掠木卫一，最近时距离其“披萨般”的表面约1500公里。在近距离接近期间，朱诺号通过NASA深空网络与地球通信，获取了高精度双频多普勒数据，这些数据被用来测量木卫一的引力作用如何影响探测器的加速度。探测任务通过这些飞掠获得了木卫一引力的更多细节，从而揭示了潮汐形变现象的影响，这也是新论文研究的关键内容。

木卫一Tvashtar火山喷发巨型羽流的影像序列

木星潮汐之王
木卫一与巨大的木星极其接近，其椭圆轨道每42.5小时环绕气态巨行星一周。随着距离的变化，木星的引力也随之变化，对木卫一进行无情的挤压。其结果是极端的潮汐形变现象——由潮汐力产生的摩擦生成了内部热量。

“这种持续的形变产生了巨大的能量，足以将木卫一内部的部分物质融化，”朱诺号任务首席研究员、圣安东尼奥西南研究所的斯科特·博尔顿说道。“如果木卫一存在一个全球性的岩浆海洋，那么它的潮汐变形特征将显著大于一个更刚性、主要为固体的内部。因此，根据朱诺号对木卫一引力场的探测结果，我们可以判断其表面之下是否隐藏着一个全球性的岩浆海洋。”

朱诺团队将两次飞掠获得的多普勒数据与NASA之前针对木星系统任务的观测数据以及地面望远镜的数据进行了比较。他们发现，木卫一的潮汐形变特征与其不存在浅层全球岩浆海洋的结论相符。

“朱诺号的发现表明，潮汐力并不总是能产生全球性的岩浆海洋，这不仅让我们重新思考对木卫一内部的认知，”该研究的第一作者、朱诺号的共同研究员兼NASA喷气推进实验室太阳系动力学小组主管瑞安·帕克表示，“它还对我们理解其他卫星（如土卫二和木卫二），甚至系外行星和超级地球产生了重要影响。我们的新发现为重新思考行星的形成和演化提供了新的机会。”

更多科学探索在前方朱诺号探测器于11月24日完成了其第66次飞掠木星神秘云顶的科学任务。它的下一次近距离接近木星将发生在12月27日美国东部时间凌晨12:22。当朱诺号处于近日木点时（其轨道最接近木星中心的时刻），探测器距离木星云顶约3500公里，并将累计飞行10.39亿公里，这一历程始于2016年进入木星轨道之时。

关于朱诺号
朱诺号任务由位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院喷气推进实验室（JPL）为首席研究员斯科特·博尔顿管理。朱诺号是NASA“新前沿计划”的一部分，该计划由位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天中心为NASA华盛顿科学任务理事会管理。意大利航天局（ASI）资助了木星红外极光测绘仪的开发。丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造并运行了探测器。此外，美国各地的多个机构还提供了朱诺号上的其他科学仪器。

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