木衛一火山口熔岩湖的秘密 ..

　　木衛一火山口熔岩湖的秘密

　　2017-12-18 07:10

　　木衛一火山口熔岩湖的秘密

　　木衛一上的落基火山是一個不折不扣的變相怪傑：它的表面形態始終都在變化，科學家現已查明，導致這一現象的是兩波相對的火山熔岩波。

　　

　　「Loki有著美麗俊俏的外表，但是脾氣卻非常糟糕而且很不穩定。」這是斯堪的納維亞神話傳說中對於火神Loki的描述。作為太陽系中持久的活躍的火山，木衛一上的這座火山被命名為Loki實屬實至名歸。它的內部是如火一般炎熱的岩漿，熔岩永久的改變著它的表面，是它美麗的珠寶。

　　落基（Loki）火山是由旅行者1號在1979年路過木星的時候發現的。最初只是為了對木星的四顆伽利略衛星進行研究的照片，無意中卻把Loki展示給了世人並引起了科學家們的極大興趣。洛基火山擁有一個直徑200千米的火山口，火山口中擁有較高的溫度。在火山口中有一個熔岩湖，在湖中間存在著一個明亮的固體島嶼。整體外觀上和馬蹄非常相像。（見上圖）

　　隨後幾年的熱輻射觀測結果顯示，如同神秘的火神一樣，洛基火山一次又一次地改變了他的外表。每隔一到三年液體熔岩就會湧入這個區域，並形成新的表面。美國宇航局的伽利略號探測器在1995年至2003年環繞木星的過程中確認了這一點。

　　過去的很長一段時間，人們並不清楚這一過程是如何進行的以及它的驅動力是什麼。現在，加州大學伯克利分校的Katherine de Kleer和她的團隊已經成功的揭示了這背後的奧秘。科學家們在《自然》雜誌上發表了他們藉助大雙筒望遠鏡（LBT）的觀測結果所得出的結論：火山口中存在兩波相對的熔岩浪，在它們的共同作用下，形成了火山口中心的小島，同時也導致了洛基火山表面不斷的變化。

　　由於地球與木星距離遙遠，即便是地面上的大型望遠鏡也無法分辨其衛星上的細節結構。雖然藉助紅外射電望遠鏡我們可以分辨出洛基火山具有較高的溫度，然而其結構和細節特徵依舊無法被觀測到。在這種情況下，科學家們是如何確定它的結構的呢?

　　這項研究之所以能取得成功，還要歸因於一個特殊的天文事件。在2015年3月8日這一天發生了木衛二掩木衛一，而且恰巧擋住了洛基火山。因此木衛二可以擋住不同的熔岩浪，同時被擋住的還有這些區域的熱輻射。這會導致亮度的降低和重新變亮（見圖1）。根據所得到的光度變化曲線和每一時刻不同的被遮擋區域，天文學家得出了其表面溫度階梯圖。結論就是： 火山口表面的溫度從西北向東部邊界在逐漸提升。

　　溫度曲線同時也可以幫助科學家們確定熔岩湖中物質的「年齡」，熔岩存在的越久，其溫度就越低，也就越接近固體形態。在觀測的時候西北區域的熔岩至少是在250天以前形成的，而東邊的表面則只剛剛形成了75天。中央島嶼的南北兩側幾乎擁有一致的圖像。

　　科學家們利用計算機模擬模擬成功的驗證了這一發現，在觀測前的幾個月里熔岩被噴射到洛基火山口中。兩股熔岩浪都起源於火山口的西北或是西部。其中一股波浪繞著中心島嶼順時針移動，而另外一波則逆時針轉動，直到它們兩個在火山口東部區域相遇並減弱。北部的熔岩波每天向前推進一公里，南部的溶岩波每天則以雙倍的速度向前推進。在相遇之後的幾個星期，熔岩逐漸冷卻並凝固。由於波浪是向東方推進的，天文學家們在哪裡發現了比西側更年輕也更熱的表面。

　　這股波動至少是在LBT觀測前的兩到三個月開始的，而這一壯觀的場景至少是在研究小組展開研究的6到8個月前就已經開始了。模型顯示，根據已觀測到的結果，北部的波浪大約早於南部50天開始。由於這兩股波具有不同的推進速度，天文學家們推斷這兩股熔岩浪分別來自兩個不同的火山口。這一點可以通過溶岩波的磁場特性和熔岩量來區分。

　　最終能夠然科學家們成功找到原因的，是伽利略和旅行者號探測器的發現，它們的觀測結果表面在Loki火山的南部熔岩浪沿著逆時針的方向在移動。而在此之前地面望遠鏡曾經確認過，在熔岩湖的冬眠熔岩浪在以順時針的方向運動。兩個互為反方向運動波峰的模型，清晰地解釋了洛基火山口的形成與變遷。