【宇宙科普】太陽系火山最劇烈的天體,二氧化硫大量噴出,毒化了大氣層

天空之城 2020/10/25 檢舉 我要评论

在地球上,隨著板塊運動不斷進行,形成了火山這種地貌。在地殼最薄弱的地方,就會有滾燙的岩漿噴薄而出,給地球生物帶來巨大的災難。

火山的確很恐怖,但是我們也應該慶倖自己生活在地球上,而不是木衛一上。作為太陽系火山活動最劇烈的星球,木衛一上的每一天,都是在提心吊膽中度過的。

(圖片說明:木衛一表面火山噴發假想圖)

在這顆直徑3642公里的衛星上,星羅棋佈地分佈著超過400座活火山。和地球火山產生於板塊運動不同,木衛一的火山來自於潮汐力。在受到木星引力的同時,它還承受著其他三顆巨大衛星的引力牽制,這就導致內部的物質不斷翻騰、摩擦,保持著高溫的同時也具備著很大的能量,最終有一部分以火山的形式將能量釋放出去。

在噴射岩漿的同時,木衛一的火山還會噴發出大量的二氧化硫。它們以氣態的形式噴射出來,但是在夜間的低溫下凍結成固態,覆蓋在衛星的表面。因此,我們看到的木衛一,總是呈現出像人生病一樣的蠟黃色。

(圖片說明:伽利略號探測器拍攝的木衛一圖像)

那麼問題來了:木衛一大氣中的二氧化硫,到底有多少來自於火山、又有多少來自於表面的固態二氧化硫在受熱昇華後回到大氣中的呢?對於這個問題,科學家們一直沒有準確的答案。

加州大學伯克利分校的天文學家Imke de Pater介紹這個問題時說:「到底是哪個過程驅動著木衛一大氣的變化,仍然是個未知數。到底是火山運動,還是當木衛一沐浴在陽光下時從表面的冰昇華的氣體呢?」

雖然數百個火山輪番將二氧化硫等氣體釋放出來,但是木衛一表面的大氣仍然是非常稀薄的,氣壓只有地球的十億分之一。其中很大一部分原因,是在於木星。研究表明,木衛一上大量的氣體都在木星的作用下逃逸,幾乎每秒就能逃逸出1噸的氣體,在木衛一和木星之間形成一個環形結構,這被稱為木衛一等離子體環流。

(圖片說明:木衛一等離子體環流示意圖)

殘留下的氣體雖然不多,但仍然可以給我們提供大量的資訊。通過對這些氣體的研究,科學家可以推測出木衛一可能的內部結構地質過程,甚至可以幫助我們瞭解系外行星的類似過程。另外,宇宙中還有其他天體也像木衛一這樣承受著引力的拉鋸戰,但是卻並沒有產生相同的效果,這其中的原因,也需要我們對木衛一大氣的機制有徹底的瞭解才可以。

為了破解這些謎題,天文學家們利用位於智利的阿塔卡馬大毫米/亞毫米波陣列(ALMA),在射電波段對木衛一進行了觀測,利用它進入和離開木星陰影(也就是木衛一的傍晚和黎明)過程中的特徵,來分析他們好奇已久的問題。

他們首先發現,在木衛一進入黑夜後,溫度就會降低到二氧化硫的冰點以下,導致其全部凝結,封存在了地表。

當木衛一重新迎來白晝的時候,被冷凍的二氧化硫就會昇華到大氣層中。令他們驚訝的是,這個過程僅僅需要10分鐘,比預期要快得多。而這個神奇的現象,正是研究木衛一火山對大氣層影響的重要工具。

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