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木衛一的火山活動有否比先前認為的還頻繁?

2014/08/08 | |
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在不同干涉波長下拍攝到的木衛一圖像。 Credit: NSF/NASA/JPL-Caltech//UC Berkeley/Gemini Observatory/W. M. Keck Observatory

木衛一(埃歐,Io)是除地球之外,已知火山活動最活躍的太陽系天體,也是唯一除地球之外火山活動噴發的是熾熱熔岩的太陽系天體。天文學家認為木衛一上的典型的大規模火山爆發約每年發生1~2次。但木衛一在2013年8月的2週之內,連續發生3次大規模的火山爆發,而且都比典型大規模火山爆發還亮許多。這讓天文學家不禁懷疑:木衛一的火山活動是否比先前認為的還要頻繁?

木星目前擁有67顆衛星,是太陽內衛星最多者。其中木衛一是著名的4大伽利略衛星之一,且是這4顆中最內側兼最小的,但直徑也有約3630公里,比我們的月球3476公里還大一些。由於木衛一的表面重力比地球低很多,因此火山爆發時,噴發出的火山碎屑向太空竄升的高度也會比地球上高很多,因而在火山上空形成一個很大、很高的傘狀結構。

2013年8月的這3次爆發,無論是爆發規模,或是爆發造成的熱輻射,都比典型的木衛一火山爆發大很多,是相當稀少的類型。從熱輻射相應的能量大小估計:這幾次爆發,在很短時間內就從裂隙向外噴出了數量非常龐大的熔岩,噴發速度非常快,熔岩流快速地向外擴散至很大範圍的地域上,估計熔岩流的體積高達上百立方公里,覆蓋的面積則多達數百平方公里。

前2次爆發都發生在2013年8月15日,噴發地點在木衛一的南半球。2次中較亮的一次噴發地點在名為Rarog Patera的破火山口(caldera,又譯為破火山口或火山臼),估計爆發產生的熔岩流多達130平方公里、厚達10公尺。另一次則發生在名為Heno Patera的破火山口,熔岩流面積廣達310平方公里。

3次中最劇烈、最亮的是發生在2013年8月29日第3次爆發,似乎是從一道長達數公里的裂隙噴出,形成如同火簾(curtains of fire)般的景致。這次爆發同時也是有史以來觀測到木衛一最亮的火山爆發中之一。科學家利用各式紅外望遠鏡與儀器進行觀測,結果顯示爆發溫度比地球現今典型的火山爆發還高許多,顯示可能與地球剛形成那段時期的岩漿組成成分類似。

木衛一上的火山爆發,可能類似太陽系內側類地行星年輕時刻畫其表面地形的過程,因此有科學家根據這幾次火山爆發所做的光譜觀測資料所發展的電腦模擬來預測岩漿爆發的狀況,將木衛一當作天然實驗室,藉機查探以便協助科學家瞭解所有類地行星表面早年歷史,進一步瞭解這些大規模爆發如何發生,發生速度有多快,以及可持續多久等。

首次發現木衛一火山爆發是在1979年。後來科學家藉由NASA的伽利略衛星於1996年開始近掠木衛一的觀測資料,配合地面望遠鏡來進行研究,結果顯示木衛一上的火山爆發和熔岩噴泉經常發生,形成熔岩河流或熔岩湖等。在1978年至2006年期間,僅發生13次大規模火山爆發,這還是僅有少數天文學家定期觀測這顆衛星的結果。有天文學家整理十幾年的觀測資料,繪製木衛一表面火山分佈圖,定出20幾個熱點,追蹤連續觀測資料後還發現這些熱點在2001年至2010年期間,空間分佈有明顯改變。

這些科學家因此相信,如果能提高觀測木衛一的次數,縮短觀測間隔,或許可發現更多次火山爆發,也或許可找出火山爆發的種類,縮小岩漿組成成分可能的範圍,並找出熱流的正確空間分佈狀況,以及這些熱點可能隨時間改變的情形。這些資料都可以讓科學家更瞭解木衛一內部加熱或冷卻的物理過程。

資料來源:Massive volcanic outbursts on Jupiter’s moon Io: More common than thought? Science Daily [8 August, 2014]

轉載自網路天文館

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