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木卫一“伊娥”:掀起你的盖头来

2019-04-03 08:15 来源:科技日报

  拟议的“伊娥火山观测器”任务以及“伊娥”内部可能情况的艺术图

  在古罗马神话故事中,柔弱美丽的伊娥(IO)深得天神朱庇特的欢心,因此,当科学家们在给木星(朱庇特)的各个卫星取名字时,将“伊娥”赐给了其火山卫星木卫一。

  “伊娥”不仅是“朱庇特”心中的“白月光”,也成为不少科学家眼中的香饽饽。据美国太空网日前报道,有不少科学家再三向美国国家航空航天局(NASA)提议,朝“伊娥”派遣探测器。

  这一任务名为“伊娥火山观测器”(IVO),它将于2026年发射,2031年到达“伊娥”的怀抱。在那里,它将收集更多数据,以便科学家更好地了解潮汐加热以及其上极端的火山爆发活动。

  首个前往“伊娥”的“专使”

  迄今没有任何太空机构向“伊娥”派遣过专门“使者”,今天科学家对这颗卫星的了解大多来自穿越太阳系的“旅行者”号探测器、前往木星的“伽利略”号探测器以及地面观测。在“旅行者”号探测器飞掠该卫星之前,科学家甚至没有意识到其上存在活跃的火山爆发活动。火山爆发目前已成为这颗卫星身上的“显著标签”。

  现在,科学家们唯一可以收集到的关于“伊娥”的新数据来自地面望远镜,但这些地面望远镜无法详细了解其上剧烈的表面活动。有鉴于此,科学家提出了IVO任务。

  这项任务可纳入NASA的“发现计划”。在该计划内,预算与IVO差不多的项目包括开普勒行星望远镜、已开始在火星上工作的“洞察”号着陆器以及前往小行星带的“黎明”号任务。

  研究人员称,通过重复使用为其他航天器设计的仪器——包括按期筹备的木卫二探测器“欧罗巴快帆”和欧洲的“木星冰月探测器”,以及目前正前往水星的“比皮科伦坡”任务等,可节省IVO任务的成本和预算。

  此外,该航天器在执行飞掠任务时,也需要考虑辐射。麦克尤恩说:“我们将进行近距离飞掠,因为辐射很强,所以我们要快速离开。”IVO探测器将在4年时间内进行10次飞掠,每次飞掠都会仔细考虑潮汐加热信号出现的时机。

  近距离研究潮汐加热

  美国亚利桑那大学行星地质学家、IVO任务首席研究员阿尔弗雷德·麦克尤恩表示:“潮汐加热在整个宇宙中随处可见。”

  在木卫二和土卫二等冰冻卫星上,卫星冰层表面受到各自行星引力的牵引而起伏,从而产生充足的热量,这一过程就是“潮汐加热”。潮汐加热融化了这些冰冻卫星的内部,形成了科学家认为可能存在或已知的隐藏在卫星地表下的巨大海洋。

  科学家们认为,潮汐加热也在其他太阳系中发挥作用。麦克尤恩说:“‘伊娥’是研究它的最佳地点,因为它在那里非常明显。”

  潮汐加热是不同行星体之间引力相互作用的结果。“伊娥”的引力会与巨大的木星以及木卫二、木卫三的引力相互作用。这些相互作用特别强烈,因为这些卫星的轨道是同步的:木卫三绕轨道转一圈,木卫二“欧罗巴”要绕轨道转两圈,而木卫一“伊娥”要绕轨道转四圈。

  科学家将这一关系称为拉普拉斯共振(Laplace resonance),这意味着“伊娥”经历了特别严重的潮汐加热。但科学家们对“伊娥”的内部构成——其内核是熔岩还是固体知之甚少,这使他们很难知道潮汐加热实际上是如何工作的。

  IVO会解决这个问题,其上搭载的仪器将能够确定“伊娥”是否隐藏了一个全球性的岩浆海洋,或者它的火山是否起源于大多数坚硬的岩石。仪器还将测量这颗卫星表面熔岩的成分和温度,科学家可以用这些数据来确定其上火山爆发的频率和激烈程度。

   了解火山喷发的极佳之地

  我们对其他天体的每一次探测和展望,最终都是为了更好地了解我们自身,探测“伊娥”也不例外,这不仅有助于我们更好地了解这颗遥远的卫星,了解所有经历潮汐加热的天体,更有助于我们进一步了解地球。

  麦克尤恩说,地球上的生命已经经历了五次大规模的物种灭绝,每次灭绝都存在火山活动的剧烈增加。“伊娥”可能是研究灾难性喷发(会倾泻出大量熔岩和火山气体)的最佳模型。麦克尤恩说:“‘伊娥’提供了极大规模的熔岩喷发,非常高的温度,这种类型的熔岩喷发在类地行星的早期历史上非常常见。如果你想了解这些现象,最好是看到它发生,‘伊娥’是唯一可以做到这一点的地方。”

  众所周知,地球上的火山爆发非常复杂,这就是为什么科学家们即便进行了最佳监测,也无法预测火山爆发的原因。但在“伊娥”上,火山喷发不仅简单,而且也很普遍。

  行星科学研究所的行星科学家朱立·拉斯本研究了“伊娥”的火山活动,但没有参与IVO提案。他说:“‘伊娥’就像宇宙赐予我们的一个礼物——如果你真想要了解火山活动,这就是你该去的地方,‘伊娥’几乎就是火山。”(科技日报北京4月2日电)

(责任编辑:王蔚)

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