太陽系的活火山--山西頻道--人民網

火山並不局限在地球

火山活動並不局限在地球。實際上，在太陽系大多數類地行星和衛星上，都找到了火山曾經活動過的痕跡。在我們的鄰居月球上，有一大片土地都覆蓋著古代的巖漿流。火星上高聳雄偉的奧林匹斯山和塔西斯高地，是太陽系最大的火山遺蹟。而金星的表面則覆蓋著火成巖和各種各樣的火山特徵。

▲奧林匹斯

火星上的奧林匹斯山，太陽系內最高的山峰

那麼，這些火山是怎樣形成的呢？在太陽系形成初期，由於各種元素的比重不同，類地行星會進行重力分離，大部分會產生核幔分異，形成親鐵質的核與親石質的幔。我們今天收集到的隕鐵，就是原行星地核的殘骸，而精美的橄欖隕鐵，更是核幔邊界的證據。石質地幔在放射衰變熱量的影響下，會部分熔融，並產生對流運動，生成地幔柱構造。金星上的眾多火山，就是地幔柱的產物。而今天的地球，雖然仍有地幔柱活動，但更重要的是漂浮於上地幔之上的板塊構造，火山的物質來源不再是地幔深處，而更多是上地幔和地殼的熔融產物。對於水星和火星，由於體型較小，冷卻較快，大部分地幔物質已經固結，只是由冷卻導致的水平積壓和沉降產生少量巖漿噴口，形成巨型的盾狀火山，如火星上的奧林匹斯山。對於更小的衛星如月球，構造活動在幾十億年前就已經停止，現在早已沒有火山活動，只留下殘存的遺蹟，像久遠的傷疤覆貼在堅硬的巖石表面，昭示著曾經熱鬧非凡的過去。

但對於圍繞類木行星運轉的衛星來說，巨大行星使其產生的潮汐熱量足以使之產生構造運動，這也是那些衛星上火山的動力來源。

目前的觀測結果表明，太陽系中只有四個地方仍有確鑿的火山活動，它們分別是：地球、木衛一、海衛一和土衛二。2014年，金星上曾發現有短暫的亮斑，也被認為可能是火山活動的證據。同時，土衛六和土衛三也可能有火山，水星也可能有巖漿活動。

什麼是活火山？

活火山通常指的是地球上那些正在噴發或者在人類歷史上曾經噴發過的火山。這個概念在陸地上很好用，因為我們能近距離地觀察它們。然而，有的火山位於很偏遠的地區，或者位於海下，我們就很難直接觀測它們。更別說那些遠在外星球上的火山了。要發現它們的蛛絲馬跡，必須裝備上火眼金睛——望遠鏡。

然而，儘管望遠鏡技術發展很快，但我們觀測地外火山爆發的能力並沒有因此突飛猛進。直到人類發射了太空望遠鏡和探測器，我們才發現，原來火山並非地球的專利。

▲哈勃太空望遠鏡

今天，隨著觀測技術的發展，天文望遠鏡拓展了我們觀測外星火山的能力。只要它們噴發的強度夠大，並且位於合適的角度，就能被我們抓個正著。不過，小型的噴發還是不太容易觀測到，因為我們沒有那麼多望遠鏡，也沒法時刻監控太陽系的每個角落。

到目前為止，我們已經觀測到一些證據確鑿的地外火山爆發，也對它們進行了一些研究。其中最有趣的，莫過於一種叫做「冰火山」（cryovolcanoes）的現象了。它們通常都發生於距離太陽較遠的地方。

冰火山

許多人認為，「火山」這個詞顧名思義，噴出的一定是火一般灼熱的物質，比如熔化的巖石和氣體。這個概念對地球來說，沒有太大問題（除了泥火山）。但是，放在地球以外的天體上，就行不通了。

距離太陽較近的幾顆行星，主要由巖石構成，因此火山爆發時噴出的物質與地球大同小異——炙熱的矽酸鹽巖漿。然而，火星軌道之外的行星（包括它們的衛星），大都含有大量氣體。這些天體上的火山大都是冰火山。地球火山噴出熔融的巖石，而冰火山則噴出大量冰凍的氣體或液體，包括水蒸氣、氨氣和甲烷等，形成羽狀結構。

旅行者2號發現海衛一冰火山

1977年8月，NASA發射了旅行者2號探測器。它向太陽系外部一路進發，路過了木星、土星和天王星，最終於1989年8月25日來到了海王星。這是它對太陽系行星的最後一次造訪，科學家們決定，何不讓它再多逗留一會兒，於是讓它近距離飛掠當時已知的2顆衛星中較大的一顆——海衛一。

▲海衛一

旅行者2號探測器飛掠海衛一時，發現它上面有一些縱橫交錯的溝壑，就像地球上的裂谷一樣。從溝壑中，噴出羽狀的氮氣和塵埃，高達8公裡。由於有這些噴發，海衛一表面十分光滑，因為這些氣體凝結後，落回地表，形成一層厚厚的「毯子」，就像下了幾天幾夜的大雪一樣。

海衛一的冰火山是如何發生的呢？一些科學家認為，太陽的熱量穿透了海衛一表面的冰層，加熱了藏於下方的物質。這些熱量使得被禁錮的固態氮升華，體積增大，最終突破冰層，噴發到表面上。這是唯一從外界獲取能量的「火山」噴發——人類已知的其他火山能量都來自內部。

布滿虎皮斑紋的土衛二

▲土衛二

20世紀80年代，旅行者探測器路過土衛二時，發現它的表面很光滑。科學家推測，這說明它非常年輕，地質活動應該很活躍。由於它非常靠近土星E環的核心部位，所以科學家認為，它可能正是E環物質的來源。2005年，卡西尼探測器證實了這種推測。它發現，與海衛一類似，土衛二上也有冰火山的存在。南極附近的地區，正往太空中噴出冰粒子，形成羽狀結構。

同年7月14日，卡西尼甚至幸運地從冰火山噴出的羽狀物質中穿越而過，讓它的儀器得以詳細分析其組分，發現其中大部分是水蒸氣，還有少部分的氮、甲烷和二氧化碳，證實了土衛二冰火山正是土星E環物質的主要來源。

▲土衛二的內部結構藝術想像圖

▲土衛二冰火山

土衛二冰火山爆發時的原始以及增強色照片。噴出的冰幕高達500公裡

2008年3月12日，卡西尼又一次飛掠土衛二，又進行了更詳細的分析，發現其羽狀物中還含有少量簡單的碳水化合物，比如甲烷、丙烷、乙炔和甲醛。對照片、質譜和磁場進行分析後，科學家認為，土衛二的火山來源於地表以下的腔體，內部裝滿了壓力極高的水。由於潮汐加熱，它們一直保持液態。這與地球上的間歇泉很相似。地下水偶爾能通過裂口噴出表面，這就形成了土衛二的冰火山。

最活躍的木衛一

並不是所有地外火山都是冰火山。有一顆熱情如火的星球，隨時都有火山爆發，其上布滿了炙熱的巖漿，這就是木衛一。

▲木衛一

在過去，人們一直認為木衛一和我們的月亮一樣，是一個冰冷死亡的世界。然而，1979年3月5日，旅行者1號探測器發現了木衛一的火山，揭開了這個火熱世界的神秘面紗。通過飛掠木衛一的探測器（旅行者1號、伽利略號、卡西尼號和新視野號）以及地球上的望遠鏡觀測發現，木衛一總共有400多座火山，其中活火山多達150多個。它的表面布滿了星羅棋布的火山口，就像一張長滿了青春痘的臉。

▲木衛一

木衛一上的特瓦史塔火山口，在1999年11月和2000年2月的區別。照片由伽利略探測器拍攝

木衛一是一個非常嬌小的衛星，無時不刻受到木星巨大的引力作用影響，同時它還受到其他衛星的引力作用。在這些引力的拉扯過程中，潮汐摩擦在木衛一內部產生了巨大的熱量，引起了劇烈的地質活動。軌道偏心率和巨大的潮汐加熱使木衛一成為太陽系中地質活動最活躍的地方。它常年把富含硫磺和二氧化硫氣體的內部物質，不停息地噴出到500公裡的高空，形成傘狀的羽狀物。它的表面也被這些物質塗抹成一塊一塊紅色、黑色和白色的補丁。

還會發現其他活火山嗎？

當然有可能。土衛二上的冰火山直到2005年才被人們發現。金星上的疑似火山活動更是到2014年才被發現。目前，我們還沒有完成對太陽系所有天體的徹底梳理。我們也可能會在太陽系外圍那些冰凍的衛星上發現更多的冰火山，比如木衛二、土衛六、土衛四、木衛三和天衛五等等。

我們期待著這些令人驚喜的發現。