首個前往“伊娥”的“專使” 近距離研究潮汐加熱

在古羅馬神話故事中，柔弱美麗的伊娥(IO)深得天神朱庇特的歡心，因此，當(dāng)科學(xué)家們在給木星(朱庇特)的各個衛(wèi)星取名字時，將“伊娥”賜給了其火山衛(wèi)星木衛(wèi)一。

“伊娥”不僅是“朱庇特”心中的“白月光”，也成為不少科學(xué)家眼中的香餑餑。據(jù)美國太空網(wǎng)日前報道，有不少科學(xué)家再三向美國國家航空航天局(NASA)提議，朝“伊娥”派遣探測器。

這一任務(wù)名為“伊娥火山觀測器”(IVO)，它將于2026年發(fā)射，2031年到達(dá)“伊娥”的懷抱。在那里，它將收集更多數(shù)據(jù)，以便科學(xué)家更好地了解潮汐加熱以及其上極端的火山爆發(fā)活動。

首個前往“伊娥”的“專使”

迄今沒有任何太空機(jī)構(gòu)向“伊娥”派遣過專門“使者”，今天科學(xué)家對這顆衛(wèi)星的了解大多來自穿越太陽系的“旅行者”號探測器、前往木星的“伽利略”號探測器以及地面觀測。在“旅行者”號探測器飛掠該衛(wèi)星之前，科學(xué)家甚至沒有意識到其上存在活躍的火山爆發(fā)活動。火山爆發(fā)目前已成為這顆衛(wèi)星身上的“顯著標(biāo)簽”。

現(xiàn)在，科學(xué)家們唯一可以收集到的關(guān)于“伊娥”的新數(shù)據(jù)來自地面望遠(yuǎn)鏡，但這些地面望遠(yuǎn)鏡無法詳細(xì)了解其上劇烈的表面活動。有鑒于此，科學(xué)家提出了IVO任務(wù)。

這項任務(wù)可納入NASA的“發(fā)現(xiàn)計劃”。在該計劃內(nèi)，預(yù)算與IVO差不多的項目包括開普勒行星望遠(yuǎn)鏡、已開始在火星上工作的“洞察”號著陸器以及前往小行星帶的“黎明”號任務(wù)。

研究人員稱，通過重復(fù)使用為其他航天器設(shè)計的儀器——包括按期籌備的木衛(wèi)二探測器“歐羅巴快帆”和歐洲的“木星冰月探測器”，以及目前正前往水星的“比皮科倫坡”任務(wù)等，可節(jié)省IVO任務(wù)的成本和預(yù)算。

此外，該航天器在執(zhí)行飛掠任務(wù)時，也需要考慮輻射。麥克尤恩說：“我們將進(jìn)行近距離飛掠，因為輻射很強(qiáng)，所以我們要快速離開。”IVO探測器將在4年時間內(nèi)進(jìn)行10次飛掠，每次飛掠都會仔細(xì)考慮潮汐加熱信號出現(xiàn)的時機(jī)。

近距離研究潮汐加熱

美國亞利桑那大學(xué)行星地質(zhì)學(xué)家、IVO任務(wù)首席研究員阿爾弗雷德·麥克尤恩表示：“潮汐加熱在整個宇宙中隨處可見。”

在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二等冰凍衛(wèi)星上，衛(wèi)星冰層表面受到各自行星引力的牽引而起伏，從而產(chǎn)生充足的熱量，這一過程就是“潮汐加熱”。潮汐加熱融化了這些冰凍衛(wèi)星的內(nèi)部，形成了科學(xué)家認(rèn)為可能存在或已知的隱藏在衛(wèi)星地表下的巨大海洋。

科學(xué)家們認(rèn)為，潮汐加熱也在其他太陽系中發(fā)揮作用。麥克尤恩說：“‘伊娥’是研究它的最佳地點，因為它在那里非常明顯。”

潮汐加熱是不同行星體之間引力相互作用的結(jié)果。“伊娥”的引力會與巨大的木星以及木衛(wèi)二、木衛(wèi)三的引力相互作用。這些相互作用特別強(qiáng)烈，因為這些衛(wèi)星的軌道是同步的：木衛(wèi)三繞軌道轉(zhuǎn)一圈，木衛(wèi)二“歐羅巴”要繞軌道轉(zhuǎn)兩圈，而木衛(wèi)一“伊娥”要繞軌道轉(zhuǎn)四圈。

科學(xué)家將這一關(guān)系稱為拉普拉斯共振(Laplace resonance)，這意味著“伊娥”經(jīng)歷了特別嚴(yán)重的潮汐加熱。但科學(xué)家們對“伊娥”的內(nèi)部構(gòu)成——其內(nèi)核是熔巖還是固體知之甚少，這使他們很難知道潮汐加熱實際上是如何工作的。

IVO會解決這個問題，其上搭載的儀器將能夠確定“伊娥”是否隱藏了一個全球性的巖漿海洋，或者它的火山是否起源于大多數(shù)堅硬的巖石。儀器還將測量這顆衛(wèi)星表面熔巖的成分和溫度，科學(xué)家可以用這些數(shù)據(jù)來確定其上火山爆發(fā)的頻率和激烈程度。

了解火山噴發(fā)的極佳之地

我們對其他天體的每一次探測和展望，最終都是為了更好地了解我們自身，探測“伊娥”也不例外，這不僅有助于我們更好地了解這顆遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星，了解所有經(jīng)歷潮汐加熱的天體，更有助于我們進(jìn)一步了解地球。

麥克尤恩說，地球上的生命已經(jīng)經(jīng)歷了五次大規(guī)模的物種滅絕，每次滅絕都存在火山活動的劇烈增加。“伊娥”可能是研究災(zāi)難性噴發(fā)(會傾瀉出大量熔巖和火山氣體)的最佳模型。麥克尤恩說：“‘伊娥’提供了極大規(guī)模的熔巖噴發(fā)，非常高的溫度，這種類型的熔巖噴發(fā)在類地行星的早期歷史上非常常見。如果你想了解這些現(xiàn)象，最好是看到它發(fā)生，‘伊娥’是唯一可以做到這一點的地方。”

眾所周知，地球上的火山爆發(fā)非常復(fù)雜，這就是為什么科學(xué)家們即便進(jìn)行了最佳監(jiān)測，也無法預(yù)測火山爆發(fā)的原因。但在“伊娥”上，火山噴發(fā)不僅簡單，而且也很普遍。

行星科學(xué)研究所的行星科學(xué)家朱立·拉斯本研究了“伊娥”的火山活動，但沒有參與IVO提案。他說：“‘伊娥’就像宇宙賜予我們的一個禮物——如果你真想要了解火山活動，這就是你該去的地方，‘伊娥’幾乎就是火山。”(劉霞)

關(guān)鍵詞： 伊娥 專使