木衛一火山活動能量源非來自表層下全球岩漿海洋？

根據對來自深空網路的朱諾號和伽利略號的都卜勒數據以及天體測量觀測的最新分析，木衛一（Io）——木星最內側的伽利略衛星，也是太陽系中火山活動最活躍的天體——其火山活動不太可能源自緊鄰表層的全球岩漿海洋。

木衛一比地球的月球稍大，是太陽系中火山活動最活躍的天體。它是木星伽利略衛星中最內側的一顆，伽利略衛星除了木衛一，還包括歐羅巴（Europa）、甘尼米德（Ganymede）和卡利斯托（Callisto）。

木衛一被鎖定在木星、歐羅巴和甘尼米德之間的引力拔河中，不斷受到擠壓，導致其內部因摩擦而生熱，這被認為是其持續且廣泛的火山活動的原因。

木衛一的火山活動最早是在1979年被發現的。當時，美國國家航空暨太空總署（NASA）航海者號任務的工程師琳達·莫拉比托（Linda Morabito），在航天器著名的外行星大巡遊期間拍攝的一張照片中，發現了一道噴發煙柱。

從那以後，從太空和地面望遠鏡對木衛一進行了無數次觀測，記錄了它活躍的特性。

美國國家航空暨太空總署噴氣推進實驗室的朱諾號共同研究員瑞安·帕克（Ryan Park）博士及其同事表示：「木衛一是最內側的伽利略衛星，每42.5小時繞木星公轉一圈。它的平均直徑為3643公里，平均密度為3528公斤/立方米，直徑和密度都比月球大約5%。」

「由於木衛一的軌道呈橢圓形，它與木星的距離相差約3500公里，導致木星引力的變化。」

「就像地球引起月球的潮汐一樣，這些引力變化導致木衛一發生潮汐形變。理論上，這是在木衛一表面觀測到的強烈火山活動和紅外輻射的主要能量來源。」

潮汐能的量可能足以使木衛一的內部熔化，有可能形成一個地下岩漿海洋，但這一理論存在爭議。測量木衛一潮汐形變的程度，可能有助於確定淺層岩漿海洋理論是否合理。

西南研究院的研究員、朱諾號首席研究員斯科特·博爾頓（Scott Bolton）博士表示：「自從莫拉比托發現以來，行星科學家一直想知道火山是如何從地表下的熔岩獲得能量的。是有一個白熾的淺層岩漿海洋為火山提供燃料，還是它們的源頭更為局部化？」

「我們知道朱諾號兩次非常接近的飛掠所獲得的數據，能讓我們深入了解這顆受折磨的衛星到底是如何運作的。」

美國國家航空暨太空總署的朱諾號航天器在2023年12月和2024年2月極為接近地飛掠了木衛一，最接近時距離其表面約1500公里。

在接近過程中，朱諾號與美國國家航空暨太空總署的深空網路通信，獲取了高精度的雙頻都卜勒數據，用於通過追蹤木衛一對航天器加速度的影響來測量其引力。

研究人員將這些觀測結果，與美國國家航空暨太空總署伽利略號任務的檔案都卜勒數據以及地面望遠鏡的數據相結合，計算出了木衛一因潮汐力而形變的程度。

結果與如果存在淺層全球岩漿海洋時的預期不一致，這表明木衛一的地幔大部分是固態的。木衛一內部深處是否可能存在一些岩漿區域，仍有待確定。

這些發現表明，潮汐力並不總是能形成全球岩漿海洋，這可能會對我們理解其他衛星，如土衛二（Enceladus）或歐羅巴，產生影響。

帕克博士表示：「朱諾號發現潮汐力並不總是能形成全球岩漿海洋，這不僅促使我們重新思考對木衛一內部的認識。」

「它還會影響我們對其他衛星，如土衛二和歐羅巴的理解，甚至對系外行星和超級地球也有啟發。」

「我們的新發現為重新思考行星的形成和演化提供了機會。」

該團隊的論文本周發表在《自然》雜誌上。

論文相關資訊：R.S. Park等人。木衛一的潮汐反應排除了淺層岩漿海洋的存在。《自然》，2024年12月12日線上發表；doi: 10.1038/s41586-024-08442-5