木衛一去年兩周內發生3次大規模火山噴發

2021-01-19 NASA愛好者

據美國宇航局網站報導，在去年8月份的兩個星期時間內，木星4顆伽利略衛星之一的木衛一上連續發生了三次大規模的火山噴發事件。這讓科學家們開始思考，類似這樣的爆發事件，其發生的頻率是否可能要比我們原先設想的更加頻繁。這樣的爆發會將星體表面的物質拋射到數百公裡的太空之中。


　　艾姆克·帕特(Imke de Pater)是美國加州大學伯克利分校天文學教授，也是描述這一系列爆發事件其中一篇論文的第一作者。他說：「我們一般認為每隔一到兩年可能會發生一次較大規模的爆發事件，並且一般都不會像這次這麼明亮。而這次我們一下子就觀測到3次明亮的爆發，這可能表明如果我們的觀測進行的更加頻繁，那麼我們可能將會發現木衛一表面更多類似的爆發事件。」


　　木衛一「艾奧」是木星四顆伽利略衛星中最靠內側的一顆，其直徑約3630公裡。除了地球之外，木衛一是太陽系中唯一一顆被證實存在頻繁火山活動的星球。由於木衛一的引力較弱，大型爆發事件產生的碎屑噴發物會上升到很高的位置上。


　　阿什利·戴維斯(Ashley Davies)是美國宇航局噴氣推進實驗室的一名火山學家，他是帕特長期的同事，同時也是這幾篇論文的合著者。他表示這次爆發事件與此前觀測到的爆發事件一樣，在很短的時間內就有多達數十立方英裡的大量物質被拋射到數百英裡的高空之中。他說：「然而此次木衛一上的數次爆發又屬於那種較為罕見的類型，因為其規模巨大，在熱輻射波段極其明亮。從木衛一地表裂隙中噴發的巖漿擁有巨大熱量，並很快覆蓋木衛一地表的廣大區域。」


　　所有這3次爆發事件，包括在2013年8月29日發生的規模最大的一次爆發，都被歸入「火簾」(curtains of fire)一類，因其屬於裂隙式噴發，巖漿從長達數英裡的裂隙中噴湧而出，仿佛一道明亮高溫的火簾。


　　此次發表的論文其中一篇的第一作者是加州大學伯克利分校的博士生凱薩琳·科利爾(Katherine de Kleer)，其合著者為該校天文學家馬特·亞當科維奇(Máté Ádámkovics)。而另一篇文章的合著者中還包括亞當科維奇以及美國宇航局/加州理工學院系外行星科學研究所的大衛·西拉迪(David R. Ciardi )。這兩篇文章目前已經被《伊卡魯斯》雜誌接受，即將發表。


　　西拉迪專門致力於對系外行星的研究，但當他在夏威夷的凱克天文臺進行拍攝工作時，他幫帕特拍攝了相關的紅外波段圖像。他說：「我將這視為一次很好的機會，將太陽系的形成於演化過程更好的聯繫在一起。而更好的理解我們太陽系的運作將幫助我們理解所有其他類似系統，反過來也是一樣。」


　　帕特在2013年8月15日發現了最早的兩次爆發事件，其發生的位置位於木衛一的南半球區域，其使用的設備是凱克-II望遠鏡近紅外相機(NIRC2)配合自適應光學系統。凱克望遠鏡一個兩臺(凱克I以及凱克II)，均為口徑達到10米的超級地基望遠鏡。其中最明亮的一次爆發發生在木衛一上一座盾狀火山(Rarog Patera)附近，計算顯示其產生了覆蓋大約130平方公裡，厚度約10米的大量熔巖流。另外一次噴發的發生位置則位於一座名為「Heno Patera」的盾狀火山，噴發產生的熔巖流覆蓋了約310平方公裡的區域。


　　帕特隨後發現了第三次爆發事件，這次爆發更加明亮——也是木衛一上迄今觀測到的最明亮的爆發事件之一，時間是在2013年的8月29日，他觀測使用的設備包括採用自適應光學技術的北雙子望遠鏡配合近紅外成像儀，以及美國宇航局近紅外望遠鏡設施(IRTF)配合近紅外光譜儀設備。科利爾利用雙子望遠鏡以及IRTF獲得的數據分析發現木衛一上發生的這些噴發，其溫度遠高於地球上今天典型的巖漿噴發事件，她指出這表明「其巖漿成分與地球形成初期的巖漿成分相類似。」


　　戴維斯已經發展處一套可用來計算基於光譜觀測數據反演熔巖噴發量的模型。他表示：「這將幫助我們理解這些事件過程，它們幫助塑造了所有類地行星的表面，其中也包括地球和月球。」


　　木衛一上的火山最早是在1979年被發現的。隨後美國宇航局的伽利略號飛船在1996年首次飛掠木衛一附近時又對這一現象進行了細緻觀測。地面望遠鏡的觀測同樣證明木衛一上頻繁發生火山噴發事件，並在其地表形成很多熔巖湖泊和熔巖流。在1978年至2006年期間一共觀測到13次大型噴發事件，但實際數量可能要遠遠超過這一水平，因為只有很少的一部分天文學家——其中包括帕特，致力於對木衛一的定期觀測。


木衛一上發生的噴發事件很可能與塑造了內太陽系行星表面過程的早期巖漿活動相似，如發生在地球與金星早期的巖漿活動過程。戴維斯表示：「我們正將木衛一作為一座火山實驗室，藉此我們可以一窺類地行星的過去，並理解這樣的大型噴發是如何產生的，以及它們發生的速度有多快，持續時間有多久。」


　　在第三篇已經被接受，即將在《伊卡魯斯》發表的文章中，帕特，戴維斯以及他們的同事們總結了十年來使用夏威夷的凱克-II望遠鏡以及雙子望遠鏡對木衛一進行的觀測成果。根據這些數據製作的木我一表面地圖顯示，在2001年至2010年期間，其表面有至少20多個所謂「熱點」(hot spots)的位置發生了顯著變化。


　　研究組希望每年定期對木衛一開展觀測，從而了解其火山噴發的規律性，限定其巖漿成分，並精確繪製最近產生的熔巖流分布狀況，觀察其隨時間推移產生的變化。這些信息對於理解其背後與內部加熱/冷卻過程有關的物理過程至關重要。


　　這項研究工作的資金由美國國家自然科學基金會(NSF)以及美國宇航局外行星研究，行星地質與地球物理研究項目提供資助。噴氣推進實驗室(JPL)隸屬於加州理工學院，其負責伽利略號飛船的管理工作。

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