[太阳系] 木星的卫士

  在宇宙飞船探测木星之前,人们知道木星有13颗卫星.科学家们从"旅行者2号"发回的照片上又发现了3颗,共有16颗木卫.按距离木星中心由近及远的次序为:木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五、木卫一、木卫二、木卫三、木卫四、木卫十三、木卫六、木卫十、木卫七、木卫十二、木卫十一、木卫八和木卫九.它们都围绕着木星公转,离木星最远的木卫九与木星的距离比地球和月亮的距离远60倍,它绕木星公转一周需要758天.


  木卫一、木卫二、木卫三、木卫四于16I0年由伽利略发现,称为枷利略卫星.1892年巴纳德用望远镜发现了木卫五,其他卫星都是1904年以后用照相方法陆续发现的."旅行者号"飞船于1979年发现了木卫十四,1980年又先后发现木卫十五和木卫十六.除四个伽利略卫星外,其余的卫星半径多是几公里到20公里的大石头.木卫三较大,其半径为2631公里.


  木卫可分为三群:最靠近木星的一群——木卫十六、木卫十四、木卫五、木卫十五和四颗伽利略卫星等8颗,轨道偏心率都小于0.01,顺行,属于规则卫星;其余均属不规则卫星.离木星稍远的一群卫星——木卫十三、木卫六、木卫十及木卫七,偏心离为0.11~0.21,顺行.离木星最远的一群——木卫十二、木卫十一、木卫八及木卫九,偏心率0.17~0.38、逆行.


  木星的四个伽利略卫星和木卫五的轨道几乎在木星的赤道面上."旅行者1号"对这五颗卫星作了考察.


  木卫五是天文学家巴纳德于1892年在木卫一的轨道内发现的,形状呈卵形."旅行者1号"发现它为浅灰色,上有一个长约130公里、宽200~220公里的微红区域.木星光环正位于木卫五的轨道里.


  木卫一是16颗卫星中最著名的一颗,离木星很近,平均距离约42万千米.它的体积并不是很大,直径约3640千米,密度和大小有些类似月球,呈球状,整个表面光滑而干燥,有开阔的平原、起伏的山脉和长数千千米、宽百余千米的大峡谷,还有许多火山盆地.它的颜色特别的鲜红,比火星还红,可能是太阳系中最红的天体,上空由稀薄的二氧化硫大气及钠云所包围,并有很频繁的火山活动.旅行者1号探测器在木卫一的表面共发现了9座火山,火山的喷发高度为70~300千米,喷发速度平均每秒1000米,比地球火山爆发大.这些火山不断地喷出由二氧化硫组成的烟,降落在木卫一的表面.这些烟是本星磁层中许多粒子的主要来源,也就是木星磁层中辐射带最强的部分.木卫一是迄今在太阳系中所观测到的火山活动最为频繁和激烈的天体,这一发现给天文学家对太阳系天体的研究提供了新的启示.


  木卫二是一颗体积比月球小,但密度和月球差不多,表面非常光滑,被


  大量的冰覆盖着,好像是一个冰与奶油巧克力混合而成的大球体.所以从望远镜中看是一颗显得非常明亮的天体.木卫二的另一特征是冰面上布满了许多纵横交错、密如蛛网的明暗条纹,很可能是冰层的裂缝.在木卫二的表面覆盖一层50千米厚的海洋,海洋的上面又覆盖着一层约5千米厚的冰层,也许这就是木卫二的表面如此光滑,反照率又这么高的原因.


  木卫三是木星最大的一颗卫星,它的体积比水星大,表面呈黄色,可分为盖满冰层的明亮区和冰上堆积着岩质灰尘的黑暗区,并有几处横向错开的断层、线状地形、互相平形的山脊与深沟.这些线状地形互相重叠,显示它们形成的年代不同.因此,天文学家推断,木卫三可能曾经发生过类似地球的板块活动.


  木卫四的表面布满了密密麻麻的陨石坑,最明显的特征是一个像牛眼似的白色核心,外面被一层圆环包围着,类似同心圆盆地,直径达600~1500千米.木卫四除了坑洞以外再也找不到其他特殊的地形,因而推断它是太阳系中最古老的卫星表面,在很早以前就终止了内部活动.


  每颗伽利略卫星都有自己的特点,它们的表面、颜色、地壳构造和我们熟悉的行星很不相同.通过对伽利略卫星的研究,我们对太阳系有了更新的认识.


  1610年1月,大物理学家枷利略用望远镜首先观测到木星的4颗卫星,即木卫一、木卫二、木卫三、木卫四.后人统称它们为枷利略卫星.以后很长一段时间,人们没有再发现木星的卫星,直到1892年巴纳德才发现了木卫五.尔后又陆续发现木卫六、七…….1974年,发现了木卫十三.1979年,"旅行者"探测器遨游木星时,又发现了3颗木星卫星.这16颗卫星连同木星一起,组成了一个庞大的系统,称为木星系,不少人认为它是一个微型太阳系,对研究太阳系形成和演化的天文学家来说,它是一个令人心驰神往的世界.


  木星的4颗枷利略卫星和木卫五的轨道几乎都在木星的赤道面上.1979年,探测器"旅行者1号"对这5颗卫星一一起进行了考察,其中对木卫一的考察尤其详细,并第一次发现了地球之外的火山爆发现象.


  木卫一离木星很近,平均距离约42万公里,它的直径约3640公里,质量为89亿亿亿克.无论从大小、质量以及离行量的距离来看,木卫一都和地球的卫星——月亮比较相似.木卫一的视星等只有4.9等,而且又被木星的光辉所淹没,因此用肉眼是无法看到它的.


  在发射"旅行者"之前,天文学家就觉得木卫一有些奇怪.首先是它的颜色,红得十分耀眼,比火星还红,可能是太阳系中最红的天体.其次,从它的红外线或雷达的反射特征上来看,在某些年份里,它似乎不断在在发生着某种变化.再有,就是不知什么原因,木卫一在运行轨道上遗落下一些硫、钠和钾的微粒.正因为如此,天文学家对木卫一的探测特别感到兴趣盎然.


  当探测器接近木卫一时,发现它的表面五光十色,这种奇特景象在太阳系的其他星球上是绝无仅有的.木卫一与小行星区相邻,照理说,它应受到小行星区散落物的不断冲击而变得伤痕累累,斑迹重重,但从"旅行者1号"


  所拍摄的照片来看,木卫一上根本不存在直径大于1公里的撞击陨石坑.这就奇怪了.我们知道,在太阳系许多行星和卫星表面,陨石撞击的坑穴比比皆是,尤其是在像水星和月球这些没有空气的行星和卫星上.我们地球表面上早期也存在着大量的陨石坑,只是由于水、风等因素的长期侵蚀和风化作


  用,才使许多陨石坑逐渐消逝,但现在仍然可以发现一些.据有的科学家考证,江苏的太湖可能就是一个陨石坑.而木卫一上很冷,根本没有流动的水,也没有稠密的大气,因此也就谈不上水蚀和风化作用.另外,从"旅行者2号"拍摄的照片来看,木卫二的外貌有些像月球,即使在低分辨率的照片上,也能分辨出许多撞击陨石坑.同样是木星的卫星,又处于近乎相同的空间环境,为什么两者在地貌上会有如此大的差异呢?


  看来,木卫一受陨星轰击是在所难免的,一定是某些更激烈的活动过程毁坏了或掩盖了陨星坑.不少天文学家想到了这种激烈过程可能是火山,由于经常发生规模巨大的火山爆发,不断把地下物质带到卫星表面,形成新的表面物质,所以木卫一的表面看起来好像是昨天才形成的,十分年轻.


  在"旅行者1号"到达木星之前不久,木卫一的一种新的能源被证实,那就是斯坦顿.比尔和他的助手们提出的潮汐生热.在以前,人们几乎从来没有重视过这个潜在的巨大能源.根据比尔等人的计算,木卫一内部的大部分物质,由于潮汐生热过程而熔化成为液态.比尔等认为,木卫一上应该有喷发的火山.木卫一内部的硫磺,在表面附近熔化、集中后,在火山的作用下,形成了液态硫地下海.当固态硫加热到大约115℃时,就会熔化,而且会改变颜色.加热的温度越高,颜色就变得越深.假如熔化的硫磺迅速冷却,又会恢复它原来的颜色.我们在木卫一上看到的不同颜色,很像火山口喷出的液态硫:火山顶端的呈黑色,温度最高;火山附近形成的河流状态硫,呈红色及桔黄色;遍布在平原部分的硫呈黄色.


  木卫一本身不发光,要想直接观测木卫一上的火山爆发现象,活动火山必须位于卫星明暗交界处附近.这样,阳光可以照亮在黑暗天空背景衬托下的火山喷发物,即使是"旅行者"探测器也不例外.


  1979年3月9日,"旅行者"号飞行控制组的一位名叫莫拉比图的女工程师,通过计算机强化木卫一边缘图像时,发现一股耀眼的烟云正从卫星表面喷射出来.不久,她就确定了喷出物的位置正好在一个被推测的火山口上.


  比尔等人的预言证实了,"旅行者"号发现了地球之外的第一个活火山.以后又陆续发现了8个正处于不同程度的连续喷发之中的火山,从而使木卫一荣获"拥有最多活火山的天体"的称号.


  木卫一火山爆发时所形成的羽毛状"喷泉",给人们留下难忘而又美好的印象.由于木卫一的引力很小,又不存在空气,使火山喷出来的气体、尘埃抛得很高,然后缓缓地落下,形成一种对称的伞形结构.即接近中心的部分密度高;离中心越远,密度越低,因而称为伞形羽状物.科学家就是从"旅行者1号"拍摄的8个羽状物中,获得木卫一上有火山活动的直接证据的.


  与地球相比,木卫一的火山活动规模是十分壮观的.在已经发现的羽状物中,最大的一个直径为1000公里,喷射高度达280公里,仅中央喷流的底部直径就有37公里.从分布上说,8个羽状物中有7个集中在赤道±30°左右,而沿经度方向大体上是随机分布的.据猜测,这种分布可能同木星对本卫一的潮汐作用相关.


  这些羽状物有着共同的特征:中央部分有一个暗黑的区域,喷发物即由此被抛出,核心部分有一圈不规则的或圆形的亮环围绕着,在亮环外围是一片范围更大的扩散区域.科学家仔细地分析了"旅行者1号"的观测资料,发现木卫一上的许多区域都有这种特征.有的火山位于边缘附近,但没观测到羽状物喷发;有的不是在边缘找到的,因而更无法判断是否有过火山爆发.


  但不能否认,这些地区在不久前可能有过爆发.照这么说来,木卫一上的火山活动不仅规模大,而且所涉及的区域也是相当广泛的.


  在根据"旅行者1号"观测资料所绘制的木卫一地图上,可以找到大大小小300多个不活动的火山口,其中直径大于20公里的有200来个,最大的竟达250公里.它们深浅不一,最深的达1公里,它们在木卫一表面上近乎随机分布.地球的陆地总面积是木卫一总表面积的3.5倍,但直径大于20公里的火山口一共只有15个左右,相比之下,木卫一上火山活动的剧烈程度就不难想象了.


  科学家对木卫一的一些现象产生的疑惑和不解,随着木卫一上火山活动的发现而释然了.


  由于经常发生大规模的火山爆发,木卫一表面的更新速率非常高,可以"随时"把撞击陨石坑掩埋掉.根据观测估算,由于火山爆发,平均每年可以在木卫一表面覆盖一层厚约1毫米的物质,所以木卫一的表面看起来总是那么年轻.


  木卫一表面的另一特征就是与火山密切相关的火山流,它们一般出现在卫星表面的橙黄色区域.大部分火山流又长又窄,呈暗黑色,很显然,它们是从破火山口放射出来的暗流.许多火山流是由硫构成的,硫的熔化温度较低,再加上木卫一地壳的热导率很低,于是火山流蔓延得很长、很远,最长可达300公里.由于硫的染色作用,使木卫一成为太阳系里最红的天体.


  由于木卫一上火山喷发得非常高,非常远,以致它们的部分喷发物可以直接进入太空,围绕木星运动.处于木卫一轨道上的那些微粒环的来源可能就是这些火山喷发物.一种意见认为,这些微粒,盘旋着逐渐移向木星,覆盖了在木卫一轨道内侧而靠得很近的木卫五,遂使木卫五也变红了.照这样推测,木卫一喷发的物质中,相当一部分很有可能历尽坎坷最后汇入到木星的环形系统.


  关于火山喷发的热源,科学家大都同意比尔等人的理论:木卫一处于木星的强大引力场中,可能由相邻的其他木卫的潮汐摄动引起,这与地球上的火山可能靠放射性元素的蜕变,加热地核这些因素不同.


  木卫一是迄今在太阳系中所观测到的火山活动最为频繁、最为激烈的天体,这一发现使天文学家对太阳系,特别是对木星系的认识丰富了不少,为今后太阳系天体的研究提供了新的启示.但是关于木卫一火山爆发,人们还存在着一些至今尚未解决的问题,譬如木卫一喷射出来的是富硫的硅酸盐物质呢,还是一种新型的、完全由硫和硫化物组成的物质?


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