美国宇航局的IO火山观察者:在热量和狩猎线索跟随行星进化

木星的卫星伽利略号飞船

美国国家航空航天局(NASA)的伽利略(Galileo)航天器捕捉到木星的第三大卫星——木卫一(Io)正在经历火山喷发。木星的强大引力与其相邻卫星的较小的、持续的引力之间永无休止地拉锯战,木卫一扭曲的轨道导致它在环绕这颗气态巨星时发生弯曲。这种拉伸引起了木卫一内部的摩擦和强烈的热量,引发了其表面的大规模喷发。资料来源:美国宇航局/喷气推进实验室/亚利桑那大学

拟议的一个名为伊奥火山观察员(IVO)的任务将进行访问木星木卫一,这是一个真正的火山仙境,有数百座喷发的火山,随时喷发出数吨的熔岩和含硫气体。

把时间倒回到几十亿年前,这可能是任何年轻的岩态行星的表面。但今天,在我们的太阳系中,只有木卫一拥有这样的极度活跃。在木星的巨大引力以及同为卫星的木卫二和木卫三的轨道牵引作用下,木卫一在其椭圆轨道上运行时受到了强烈的潮汐的拉伸和挤压。

科学家们知道,这些潮汐力会在Io内部产生极端的热量,导致比地球多20倍的热流,一般来说,这是整个宇宙中一个重要的行星过程。亚利桑那大学月球与行星实验室的行星地质学家兼摄理教授阿尔弗雷德·麦克尤恩说:“但我们对它们的工作原理仍然一无所知。”

他说:“主要的问题是,在行星或卫星内部,潮汐热是在哪里以及如何产生的,热量是如何逸出到表面的,以及这一过程对宇宙中的行星世界有什么影响。”

但是木卫一壮观的火山和极端的潮汐活动可以解决这些问题。麦克尤恩说,确切地了解这个熔炉在木卫一内是如何运作的,反过来也将帮助我们理解世界是如何演变的。

“它真的是太阳系中了解潮汐加热的最佳地点。”

美国宇航局的伽利略号宇宙飞船,木星的卫星木卫一

1999年7月,美国宇航局的伽利略号宇宙飞船获得了木星卫星Io的最高分辨率图像;这幅彩色拼图使用近红外、绿色和紫色滤光片来近似人眼所能看到的东西。木卫一的大部分表面都是柔和的颜色,在活火山中心附近点缀着黑色、棕色、绿色、橙色和红色单位。木卫一是太阳系中最活跃的火山世界。资料来源:美国宇航局/喷气推进实验室/亚利桑那大学

由内而外

作为主要调查员,MCEWEN领导团队制作IVO,正在考虑美国国家航空航天局发现程序。

Being developed by the Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, the IVO spacecraft would make at least 10 close flybys of Io over four years, using a suite of specialized instruments to peer beneath Io’s bright, sulfur-covered surface, capture images and video of its extreme volcanism, and ultimately track Io’s heat energy from the inside out.

“我们想跟踪热度,”来自美国地质调查局的IVO副首席研究员拉兹洛·凯斯泰(Laszlo Kestay)说。“关键是要了解Io内部的热量是在哪里产生的。”

根据月球内部固体和熔融岩石的分布,潮汐加热可以扩散到月球内部,也可以集中在月球表面。所以艾沃会测量重力和磁场大约来感知里面发生了什么。

例如,一种诱人的可能性是木卫一在其大部分寒冷的岩石表面下隐藏着全球岩浆海洋。当木星的磁场扫过月球时,伊沃会检测到由导电岩浆内部产生的电流所产生的磁场畸变,这与伊奥的内部大部分是固体不同。

伊沃还将结合地球物理测量和新的地形图,以了解木卫一寒冷的岩石外层的厚度和运动,并提供了解地球、月球和其他岩石行星在它们形成后不久,当它们冷却岩浆-海洋世界时是如何工作的。

“新地平线”号位于Tvashtar火山羽流附近

2007年2月,美国宇航局的“新视野号”宇宙飞船捕捉到了伊俄的Tvashtar火山喷发出的巨大的180英里(290公里)高羽流的惊人图像。羽流中引人注目的丝状结构与1979年旅行者号拍摄的伊奥火山贝利火山羽流照片中隐约可见的细节相似。此前没有任何航天器拍摄到如此清晰地展示了这些神秘的结构——尽管拟议中的伊俄火山观测任务将飞得更近,以前所未有地了解伊俄极端的火山活动。资料来源:NASA/Johns Hopkins APL/Southwest Research Institute

轨道杂技

像一个杂技演员,IVO将挂离木星时机对Io的暴跌到最佳位置的精确时刻,收集最清晰的观察Io的磁力和重力领域,和测量“摆动”木星强加于它的轨道,其内部结构的另一个指标。

浸渍尽可能接近120英里(200公里)以上月球,伊将图像Io约90%的彩色表面以及火山活动下降到900英尺(300米)每像素,和小区域3米/像素,并获取电影喷发的熔岩和羽毛飞越。

在接近和离开两极时,IVO将测量从Io发出的热量的分布,这是其他航天器无法做到的,在地球上也无法观测到。热图仪的红外数据也将帮助科学家了解熔岩的温度和化学成分。yabovip2021

伊沃将配备质谱仪,对伊俄火山喷发的气体进行采样。这些气体带有一种指纹,记录了木卫一和整个木卫一系统的化学演变,使科学家能够研究它的完整历史。

“这将是第一次有人对木卫一的大气进行现场测量,这为新发现提供了条件,”APL的伊沃项目科学家凯西·曼特(Kathy Mandt)说。

“我们知道io通过令人惊叹的火山爆发,从地球上看到的火山和熔岩流动的令人惊叹的喷发,”我仍然看到了大部分的热量,“她继续。“他们不仅可以看起来很棒,而且他们也会帮助我们完全了解这个过程如何从内部工作。”

伊奥火山观察员任务信息图

伊俄火山观测者(IVO)计划的目标是了解潮汐热是如何产生、消失和驱动木星的卫星伊俄的演化的,这些都是宇宙中世界形成的关键线索。Credit: Johns Hopkins APL/University of Arizona/Mike Yakovlev

系统的变化

“热量的运动是变化的引擎,”Kestay说。“伊沃将调查热量流动如何影响伊俄和整个木星系统。”

每秒从IO中剥离的火山气体吨位被木星的强大磁场广泛传播。IVO会缩放这种材料,提供新的洞察它如何删除以及它在哪里 - 了解IO化学进化变化的第一步。yabovip2021

从IO逃离的挥发物在整个Jovian系统中蔓延,涂上了欧罗巴表面,可能为IO最近的邻居内的海洋提供了生命的化学成分。科学家们还期望更多地了解潮热在欧洲冰冷壳和其他潜在的居住世界下的液体水海洋中的关键角色潮热起到潮汐作用。土星土卫六和土卫二。

“利用Io作为一个行星大小的自然实验室,我们将更好地理解整个太阳系的重要过程,”麦克尤恩说,“以及其他方面。”

第一个发表评论在“美国宇航局的IO火山观察者:在热量和狩猎线索到行星演变之后”

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。