太阳系火山活动最剧烈的卫星藏着什么秘密？|卫星|太阳系|木卫二|火山活动|系外行星

在太阳系中，木星的卫星木卫一（Io）向来以“最狂暴的火山世界”著称，它的表面布满数百座活火山，熔岩喷泉不断填满撞击坑，形成一片片炽热的熔岩湖。

朱诺号探测器拍摄的木星火山卫星木卫一北极区域。图源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

如今，NASA的朱诺号（Juno）探测器首次探测到了木卫一地表之下涌动的强烈热量，为理解这颗“地狱卫星”的内部秘密打开了一扇新窗口。相关研究已发表于《地球物理研究杂志：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）。

—木卫一为何如此“暴躁”

木卫一的剧烈火山活动，源于一场持续不断的“引力拉锯战”：木星的强大引力与邻近卫星木卫二（Europa）、木卫三（Ganymede）在精确的轨道周期下反复拉扯着木卫一。这种潮汐力之强，足以让木卫一的地表像呼吸一样上下起伏，振幅最高可达约100米。这种被反复揉搓、拉伸的过程，让木卫一内部持续产生远超地球的热量。

在此之前，科学家对木卫一“体温”的了解主要来自红外观测，而红外手段只能感知表面温度，无法看到地表之下究竟发生了什么。

—朱诺号如何“看透”地表之下

这一次的突破，得益于朱诺号搭载的微波辐射计（MWR）。这台仪器原本的任务是穿透木星浓密的云层，研究木星深层大气的结构与成分，但科学家发现，它同样可以用来探测木卫一地表之下的热辐射信号。

朱诺号项目首席科学家、西南研究院的斯科特·博尔顿（Scott Bolton）表示，微波辐射计直接观测到了木卫一地表以下释放的热量，这一发现意味着未来在研究地球火山时，同类型的仪器或许也能在火山周边探测到相似的地下温度梯度信号，从而帮助人们更好地理解陆地火山的运作机制。

—两次近距离飞掠，测出惊人温度梯度

2023年12月30日和2024年2月3日，朱诺号两次以约1500公里的距离近距离飞掠木卫一。论文第一作者、NASA喷气推进实验室的香农·布朗（Shannon Brown）介绍，仪器测量了从地表以下几英寸到几十英尺深处的热辐射情况。

布朗表示，无论探测哪个区域，都发现温度在地表以下仅几英尺范围内就上升了超过40华氏度（约合22摄氏度），这一梯度远远超出单纯太阳加热所能解释的范围。

—热量从何而来：两种可能的解释

研究团队提出了两种可能的解释。第一种是，热量正通过一层导热的地壳持续、稳定地向外传递。NASA将这种背景热流比作“每平方码地面下都点着一盏小夜灯”，单独看并不算剧烈，但当这种效应覆盖整个星球表面时，累积释放的能量可达地球平均水平的30倍。

第二种可能是，探测到的热信号来自正在冷却的熔岌流。这些熔岩流上覆盖着约9到11米厚的固化地壳，而这样的地壳在木卫一表面的覆盖比例，在任意时刻大约占到整体的10%。

对科学家而言，木卫一的意义远不止于它自身。博尔顿指出，木卫一为理解“潮汐加热”这一宇宙中普遍存在的能量机制，提供了独一无二的观测窗口，正是这种远离恒星、却依然能获得能量与热量的机制，塑造了木卫一这样极端的火山世界，也为木卫二、木卫三等冰卫星地下海洋的存在提供了能量来源。

博尔顿总结道，此前人类只能观测到从表面或喷发中逸出的热量，而现在，科学家终于能够刻画热量究竟是如何从星球内部一步步向地表迁移的。