神秘的岩浆海洋可能为太阳系中火山活动最频繁的世界提供燃料

在我们的太阳系中，既有冰世界，也有火世界。木星的卫星木卫一是火世界的最佳例证，它遍布火山，并因熔岩溢出而龟裂。

有许多相互竞争的理论来解释这个火球的运作方式。发表在《行星科学杂志》上并在 2022 年美国地球物理联合会秋季会议上展示的新研究使用计算机模拟缩小了火山世界内部可能发生的事情的范围，表明它的表面下有一个灼热的岩浆海洋。

人们认为，岩浆海洋是太阳系早期岩石行星和卫星的常见特征，但随着时间推移，岩浆海洋已几乎不存在。木卫一的灼热海洋可能是唯一幸存的例子，这让科学家有机会近距离观察岩浆海洋。

加州理工学院行星科学家、新研究论文的主要作者宫崎义德 (Yoshinori Miyazaki) 表示：“岩浆洋是否存在从本质上改变了木卫一的运作方式，并极大地影响了对木卫一各种观测的解释。”

地球上的火山是由地球板块移动引起的。而木卫一上的火山则是由一种非常不同的机制引起的，称为潮汐加热。在潮汐加热过程中，一个大型物体（这里指的是木星）会通过重力挤压和拉伸附近的另一个物体，通过摩擦使其升温。这有点像用手揉捏黏土，直到黏土变得柔软而温暖。由于这种地质现象，木卫一有足够的热量来维持其众多火山。

“在木卫一，潮汐加热异常剧烈，形成了太阳系中火山活动最活跃的星球之一，任何时候都有超过 100 座活火山，”美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家詹姆斯·塔特尔·基恩 (James Tuttle Keane) 说道，他与研究团队无关。“由于木卫一的潮汐加热非常极端，因此它成为了解这一过程的最佳天然实验室。”

关于木卫一下面到底是什么，人们一直存在争议。在我们看到这颗地狱般的卫星表面之前，科学家们推测，由于木卫一的狂野潮汐加热，岩石地壳下可能存在一片汹涌的岩浆海洋。然而，一旦旅行者号 伽利略揭示了木卫一的崎岖地形后，天文学家开始怀疑地下的岩浆海能否支撑如此沉重的山脉。

随后，科学家们转而认为，内部只是岩石，里面有少量熔化的碎片。最近的一个假设提出，内部可能是介于纯岩浆和纯岩石之间的某种物质——一种部分熔融的物质，称为岩浆海绵。“把岩浆海绵想象成洗碗海绵或珊瑚海绵，其中的固体和液体完全相连，”塔特尔·基恩解释说。“这意味着液体，无论是肥皂水还是岩浆，都可以流过海绵，但海绵仍然具有一定的结构完整性。”

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然而，这项新研究使用计算机模型表明，木卫一的内部不太可能是岩浆海绵——而根据伽利略卫星现有的观测结果，岩浆海洋的说法更有意义。

基于对木卫一内部条件的合理假设，计算机模拟预测岩浆海绵会迅速分离成不同的岩浆层和岩石层，形成岩浆海。加州大学圣克鲁斯分校地质学家弗朗西斯·尼莫 (Francis Nimmo) 表示：“熔岩和岩石往往会迅速分离，就像冰和水在冰沙中分离一样，如果你把它放了一段时间，冰和水就会分离。”他没有参与这项研究。

不幸的是，这些模型无法明确证明木卫一是否真的有岩浆海洋。为此，我们需要向这颗炽热的小卫星发射探测器。

宫崎骏期待着朱诺号太空飞船于 2023 年 12 月和 2024 年 2 月飞越木卫一，届时天文学家将测量该卫星的一种特性，即洛夫数。该数字代表行星内部的硬度或柔软程度。“如果洛夫数很大，”宫崎骏解释说，“它将证实木卫一上存在地下岩浆海洋。”

即使岩浆海洋被证实，“试图了解木卫一的内部结构仍存在许多不确定性，”塔特尔·基恩说。“我们需要未来的任务来探索木卫一和木星系统……在专门的木卫一任务能够详细探索这颗火山卫星之前，许多问题仍未得到解答。”