木星不會燃燒，但它的衛星為何比理論更溫暖？誰在給它們加熱？

木星是太陽系最大的行星，質量是地球的318倍，其中絕大部分物質都是氫和氦。

無與倫比的質量和十分類似於太陽的物質構成，讓木星備受人們關注，很多人經常想像木星「謀朝篡位」、與太陽一爭高下的場面。顯然，雖然比地球大得多，但是和太陽相比，木星仍然微不足道。木星的質量不僅遠遠不足以成為恆星，甚至連恆星的「殘次品」——褐矮星，木星都不夠格，它的核心無法進行任何核聚變反應。

即便如此，科學家們還是發現了奇怪的事情。距離太陽7.78億公裡（4.83億英裡）的木星，表面溫度比想像中還要更高一些。科學家的計算結果顯示，如果要達到這個溫度，木星需要自己產生熱量，並且這個熱量是它從太陽處接受能量的2.5倍左右。

有人認為這是木星能夠進行核聚變的證據，但科學家認為，這是木星核心處氫的等離子體上下翻動、摩擦所產生的熱量。

不過，在解釋了木星自身溫度比理論更高的問題之後，科學家又意外發現：連木星的四顆伽利略衛星（木衛一、木衛二、木衛三和木衛四）的溫度也比理論值更高。既然木星不能進行核聚變，它們的溫度又為何會高於理論值呢？

長期以來，科學家們給出的說法是：木星自己產生的熱量也被這些衛星所共享。不過，最近的一項研究表明，這些衛星的升溫機制不是直接來自於木星，而是它們自己之間相互產生的。在這個過程中，木星並沒有直接參與，但是它也起到了至關重要的作用。《地球物理研究快報》最近發表了這項研究成果，向我們介紹了這個特殊的過程。

實際上，木星的四顆伽利略衛星在各自軌道上繞木星公轉的同時，彼此之間還有著千絲萬縷的聯繫，這都拜宇宙中的最基礎法則所賜，那就是萬有引力。在只有兩個物體的系統中，萬有引力似乎非常簡單。但是，如果越來越多的物體加入進來，這個系統就會變得極為複雜，不再簡單地是兩個物體相互吸引那麼簡單了。

尤其是在天體物理學中，天體之間的相互作用更為複雜。即便它們都看似「專心」地繞木星公轉，但是也會影響到其他衛星。科學家發現，伽利略衛星中的前三顆——木衛一、木衛二和木衛三之間有著一個非常有趣的數字，他們的公轉周期保持著1:2:4的比例。

這個比例是巧合嗎？當然不是。這是三個天體之間的引力交互作用所導致的一種叫做軌道共振的現象，類似的現象在太陽系還有很多。由此可見，這些衛星之間的關聯還是非常緊密的。

至於我們提到的伽利略衛星溫度高於理論值的現象，其實也與它們之間的相互作用有關，那就是彼此之間的潮汐力。所謂的潮汐力，其根源來自於引力，但是由於天體普遍巨大，而引力作用又和兩個物體之間的距離不同而變化，導致不同位置受到的引力不同而產生了這樣一種力。地球海洋的潮汐，就是典型的月球潮汐力帶來的現象。

儘管伽利略衛星等天體並沒有表面的液態海洋，但這種潮汐力仍然是不可避免的。潮汐力可以對天體造成輕微的推拉效果，在這個過程中就會有熱量的產生，所以這個現象又被稱為潮汐加熱。

不過，在此之前，科學家們很少會想到利用潮汐加熱來解釋這個問題，正如美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的行星科學家Hamish Hay所說：「這些衛星比木星小太多了，沒有人指望它們能夠產生如此巨大的潮汐反應。」

然而事實勝於雄辯，在最新的研究中，科學家們利用計算機模擬了衛星和衛星之間的潮汐加熱。結果他們發現：這些衛星之間的潮汐加熱足以產生許多熱量，甚至比它們的宿主行星所提供的熱量更多。在看到這個結果時，Hay也忍不住說：「這太驚人了！」

當然了，表面沒有液態水，不代表其他位置沒有。實際上，根據目前的研究，四顆伽利略衛星都有可能擁有地下液態水海洋。而在這些衛星潮汐共振的作用下，液態海洋就會上下翻湧，然後把動能轉化為熱能。

Hay解釋說：「共振可以產生更多的熱量，這麼說吧，如果你推動任何物體或者系統，然後鬆開手，它們都會按照自己的節奏自然地擺動下去。如果你按照你的頻率繼續推動系統，振動就會越來越強。那就像你打鞦韆時一樣，如果你推動鞦韆的時機合適，鞦韆就會越蕩越高；如果選錯了時機，就會阻礙鞦韆的擺蕩。」

正是在研究這些衛星受到的抄襲共振時，科學家們發現了問題。按照這些衛星的自然頻率來看，僅僅靠木星的潮汐共振所產生的效果和這些衛星內部的海洋規模並不匹配。這意味著，他們還需要加入其他因素。

當他們把衛星自身的引力也加入進去考慮的時候，發現問題得到了很好的解決，潮汐力符合目前科學家們所估計的伽利略衛星海洋規模。由此可見，它們之間的潮汐力的確也起到了至關重要的作用，足以將它們內部的冰融化掉。而且，作為太陽系中火山活動最活躍的天體，木衛一內部的溫度足以為400多座活火山提供巖漿，可見潮汐加熱的能量之巨大，連內部的巖石都能融化。

（圖片說明：木衛一是太陽系火山最活躍的天體）

實際上，這樣的潮汐力不僅僅存在於伽利略衛星之間，很可能還會牽扯到木星其他的衛星。目前，科學家一共發現了79顆木星衛星。這是太陽系內一個十分龐大的家族，這些衛星的形成和演化，很可能都有伽利略衛星引力的參與，就好像木星也曾經為太陽系今天的結構產生了巨大影響一樣。

同樣的，深入了解天體之間的潮汐力，也可以推廣應用到整個太陽系，了解太陽系的演化過程。也許，地球和月球的形成、生命出現的秘密，都蘊藏在這個複雜的引力機制之中。