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重審伽利略號資料發現木衛一地函有個岩漿海

圖片說明:木衛一薄薄的地殼僅厚約30~50公里,在此剖面圖中為最外層的灰色;地函部分則以金色表示。新發現相當於地球軟流圈(asthenosphere)的木衛一岩漿海則是木衛一地殼下方紅棕色的部分。藍線代表木星磁場通過木衛一附近的磁力線狀況,當木星自轉時,木衛一附近的磁力線隨之增強或減弱。由於木衛一的岩漿海導電性極佳,會使這些通過木衛一的磁力線偏折,讓木衛一內部固定維持南北方向,免於木星磁場的干擾。木衛一的地核半徑約為600~900公里左右,主要是由鐵和硫化鐵等成分所組成,在此圖中以金屬銀色調表示。

美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Krishan Khurana等人重新分析美國航太總署(NASA)的伽利略號太空船(Galileo)觀測資料後,發現木衛一(Io,埃歐)表面以下有一個部分熔融的岩漿所構成的岩漿海。這個發現是首度證實木衛一上有這類結構,且因而得以解釋為何木衛一有這麼活躍的火山活動,以及之前伽利略號太空船的磁場觀測資料中的某些神秘訊號。

NASA的航海家號太空船(Voyager)在1979年飛掠木衛一時發現它表面有火山活動,讓木衛一成為太陽系中除地球之外,唯一有火山岩漿活動的天體。火山活動的能量來自木衛一繞木星公轉過程中所受到的木星重力拉扯推擠的結果。木衛一火山活動流出的岩漿,約相當於地球所有火山一整年噴出或流出的量。不過地球的火山主要分布在太平洋周圍的火環帶(Ring of Fire)上,木衛一的火山則遍佈它的表面。科學家認為:如果木衛一地殼以下約30~50公里深的地方有全球性的岩漿海,相當於地球的軟流圈功能,或許就可以解釋這個衛星如此強烈的火山活動。

科學家以前就曾提出過:地球和月球在數十億年前正在形成的階段時,可能也擁有岩漿海,只是隨著時間逐漸冷卻了。木衛一的火山作用讓我們明白了火山如何活動,讓我們有機會一窺地球歷史早期可能的火山作用型態。

伽利略號太空船於1989年發射升空,之後在1995年進入環繞木星公轉的軌道,成為木星的人造衛星。在1999年10月和2000年2月飛掠木衛一的過程中,伽利略號偵測到木衛一有不尋常的磁場訊號。這艘太空船最終於2003年墜毀於木星大氣中、焚燒殆盡而終結了任務。

在伽利略號任務最後階段時,關於木衛一和木星強大磁場間的交互作用的理論模型還不夠完備,雖然知道這樣的交互作用讓木衛一暴露在大量帶電粒子下,但科學家還是無法從中瞭解木衛一內部究竟發生了什麼事。直到最近礦物物理學家的最新研究顯示有一群所謂的超基性岩石(ultramafic rock),在熔化狀態下,會變成可以攜帶大量電流的狀況。超基性岩石是從岩漿逐漸冷卻而成的火成岩之一;在地球上,科學家相信這些超基性岩石來自地函。

這項研究發現讓Khurana等人決定測試看看當初伽利略號觀測到的奇怪訊號,是否是因為木衛一內部有這類岩石部分熔化後,所攜帶的電流產生的?測試結果顯示:伽利略號所偵測的資料,符合「兩輝橄欖岩(lherzolite)」的特性,這是一種在挪威斯匹茲卑爾根(Spitzbergen)地區發現的火成岩,也是超基性岩石之一,成分主要為含鎂和鐵的矽酸鹽。此外,他們估算木衛一上的岩漿海厚度約為50公里,約佔木衛一地函體積的10%以上;溫度則約可能超過攝氏1200度,才能讓這些超基性岩石維持半熔融狀態。

資料來源:http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-141, 2011.05.12, KLC  / 引用自臺北天文館之網路天文館網站

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