太陽系中的夜明珠：會發光的木衛二

2020-11-13 牧夫天文

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翻譯：汪榮鑫

校對：牧夫天文校對組

編排：陳宏宇

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

原文連結：https://www.sciencenews.org/article/jupiter-moon-light-europa-glow-dark-ice

木衛二歐羅巴（Europa）的暗面可能並不那麼陰暗。實驗室結果表明，木星周圍強烈的磁場輻射可能使木衛二冰冷的表面發光。未來的探測器，例如圖中的歐羅巴快船號可能會探測到這種光。

冰冷的木衛二歐羅巴可以給「月光」這個詞一個全新的含義（譯者註：Moon在英文中既可以指月球，也可以泛指衛星）。新的實驗表明，這顆衛星的背陽面可能在黑暗中發光。

Credit: JPL-CALTECH/NASA

人們通常認為，木衛二的表面主要是含有各種鹽類的水冰，不斷地受到來自木星強大磁場的高能電子的轟擊。當研究人員在實驗室模擬這種相互作用時，通過向含鹽的冰樣本發射電子，冰就會發光。研究人員在11月9日的《自然天文學》雜誌在線版上報導說，這種輝光的亮度取決於冰中的鹽類。

如果木衛二上同樣的相互作用產生了這種前所未見的月光，那麼未來的任務，比如 NASA 計劃中的歐羅巴快船探測器，可能會使用這種輝光繪製木衛二表面的成分圖。反過來，這也可以幫助我們深入了解潛伏在木衛二冰殼下的海洋鹽度。

位於亞利桑那州洛厄爾天文臺的行星科學家Jennifer Hanley說：「這（項研究）能揭示液態水的溫度——冰點，能揭示冰殼的厚度，還能揭示液態水的宜居性。」木衛二表層下的海洋被認為是太陽系中尋找外星生命最有希望的地方之一。

來自NASA噴氣推進實驗室的冰塊研究者Murthy Gudipati說，木衛二冰層發光是「意外的發現」。Gudipati和他的同事最初著手研究電子轟擊如何改變木衛二表面冰的化學成分。但是在他們最初實驗的視頻片段中，研究小組注意到冰樣本被電子轟擊時發出了意想不到的光芒。

這引起了研究人員的興趣，他們將電子束對準了純水冰樣本，以及混合了不同鹽分的水冰樣本。每個冰核都被冷卻到木衛二的表面溫度(大約-173攝氏度) ，並且使用了與木衛二相同能量的電子。在超過20秒的照射下，一個光譜儀測量了冰發出的光的波長或光譜。

這些冰樣本都發出了白色的光，因為它們發出的光有許多不同的波長。但是每個冰樣本的亮度取決於它的成分。含有氯化鈉（食鹽）或者碳酸鈉的冰，看起來比純水冰要暗一些。另一方面，含硫酸鎂的冰則更加明亮。

在實驗室中，用電子轟擊水冰樣本，所有樣本都會發出許多不同波長的光子。但是鹽的種類決定了不同波長光子的數量，從而影響了它發光的亮度。含有氯化鈉的冰比純水冰要暗一些，而含有硫酸鎂的冰要亮一些。

Credit: M.S. GUDIPATI, B.L. HENDERSON, F.B. BATEMAN/NAT. ASTRONOMY 2020

Gudipati說：「我粗略計算了一下，如果我們站在木衛二的陰暗面觀察，它大約應該就和我們月下徜徉的沙灘一樣明亮。」

根據歐羅巴快船任務中相機的規格，Gudipati和他的同事們估計，在飛越木衛二黑暗的一面時，探測器可以看到木衛二的冰發光。木衛二的昏暗區域可能就是含鈉的區域，而明亮區域可能富含鎂。

但是Hanley提醒道，在實驗室中看到冰發光並不一定意味著在木衛二上也會發生同樣的情況。木衛二已經被高能電子連續轟擊了遠超過20秒。「木衛二長期被高能電子轟擊，並不只那短短的20秒，這些鹽是否應在某個時刻已被分解，從而輝光也應消失？」她對此感到不解。

與此同時，其他行星科學家並不確信木衛二的表面含有大量的鹽。這些研究人員，包括科羅拉多州萊克伍德行星科學研究所的 Roger Clark，認為木衛二表面鹽的跡象實際上是由硫酸等酸形成的。Clark說，木衛二的表面可能同時被鹽和酸所覆蓋。「（研究人員）下一步需要做的是輻照酸……看看他們能否區分含鹽水冰和含酸水冰之間的區別。」

END

責任編輯：郭皓存

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