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太阳系火山最剧烈的天体,二氧化硫大量喷出,毒化了大气层

今天小编为大家带来了一篇《太阳系火山最剧烈的天体,二氧化硫大量喷出,毒化了大气层》的文章,感兴趣的读者朋友可以跟着小编一起看一看。

原标题:太阳系火山最剧烈的天体,二氧化硫大量喷出,毒化了大气层

在地球上,随着板块运动不断进行,形成了火山这种地貌。在地壳最薄弱的地方,就会有滚烫的岩浆喷薄而出,给地球生物带来巨大的灾难。

火山的确很恐怖,但是我们也应该庆幸自己生活在地球上,而不是木卫一上。作为太阳系火山活动最剧烈的星球,木卫一上的每一天,都是在提心吊胆中度过的。

(图片说明:木卫一表面火山喷发假想图)

在这颗直径3642公里的卫星上,星罗棋布地分布着超过400座活火山。和地球火山产生于板块运动不同,木卫一的火山来自于潮汐力。在受到木星引力的同时,它还承受着其他三颗巨大卫星的引力牵制,这就导致内部的物质不断翻腾、摩擦,保持着高温的同时也具备着很大的能量,最终有一部分以火山的形式将能量释放出去。

在喷射岩浆的同时,木卫一的火山还会喷发出大量的二氧化硫。它们以气态的形式喷射出来,但是在夜间的低温下冻结成固态,覆盖在卫星的表面。因此,我们看到的木卫一,总是呈现出像人生病一样的蜡黄色。

(图片说明:伽利略号探测器拍摄的木卫一图像)

那么问题来了:木卫一大气中的二氧化硫,到底有多少来自于火山、又有多少来自于表面的固态二氧化硫在受热升华后回到大气中的呢?对于这个问题,科学家们一直没有准确的答案。

加州大学伯克利分校的天文学家Imke de Pater介绍这个问题时说:“到底是哪个过程驱动着木卫一大气的变化,仍然是个未知数。到底是火山运动,还是当木卫一沐浴在阳光下时从表面的冰升华的气体呢?”

虽然数百个火山轮番将二氧化硫等气体释放出来,但是木卫一表面的大气仍然是非常稀薄的,气压只有地球的十亿分之一。其中很大一部分原因,是在于木星。研究表明,木卫一上大量的气体都在木星的作用下逃逸,几乎每秒就能逃逸出1吨的气体,在木卫一和木星之间形成一个环形结构,这被称为木卫一等离子体环流。

(图片说明:木卫一等离子体环流示意图)

残留下的气体虽然不多,但仍然可以给我们提供大量的信息。通过对这些气体的研究,科学家可以推测出木卫一可能的内部结构地质过程,甚至可以帮助我们了解系外行星的类似过程。另外,宇宙中还有其他天体也像木卫一这样承受着引力的拉锯战,但是却并没有产生相同的效果,这其中的原因,也需要我们对木卫一大气的机制有彻底的了解才可以。

为了破解这些谜题,天文学家们利用位于智利的阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵列(ALMA),在射电波段对木卫一进行了观测,利用它进入和离开木星阴影(也就是木卫一的傍晚和黎明)过程中的特征,来分析他们好奇已久的问题。

他们首先发现,在木卫一进入黑夜后,温度就会降低到二氧化硫的冰点以下,导致其全部凝结,封存在了地表。

当木卫一重新迎来白昼的时候,被冷冻的二氧化硫就会升华到大气层中。令他们惊讶的是,这个过程仅仅需要10分钟,比预期要快得多。而这个神奇的现象,正是研究木卫一火山对大气层影响的重要工具。

哥伦比亚大学的天文学家Statia Luszcz-Cook介绍说:“当木卫一进入到木星的阴影中,脱离了阳光的直接照射后,温度对于二氧化硫来说就太低了,是它凝结在了木卫一表面。在这段时间内,我们只能看见来自于火山的二氧化硫。”随着空气中的二氧化硫全部凝结,这段期间木卫一大气中再出现这种物质,就一定来自于火山喷发,这就是研究火山对木卫一二氧化硫贡献的绝佳机会。

凭借ALMA的强大观测能力,研究团队首次清晰地分辨出了木卫一上的二氧化硫和一氧化硫的羽流。他们证明:火山释放的二氧化硫的确在木卫一大气中扮演着重要的角色。根据这些图像,他们推测:木卫一大气中的二氧化硫,大约有30%-50%是来自于火山。诚然,这并没有占到绝大多数,但是对于火山来说,这个数据也是相当惊人了。

同时,在没有二氧化硫和一氧化硫的区域,研究人员还发现了另一种物质,那就是火山喷发物中的氯化钾。这表明,木卫一地下的岩浆系统并不是完全相连的,否则它们应该喷射出相似的物质。这暗示我们,木卫一的表面之下比我们想象的要更加复杂一些。

下一步,研究团队准备对木卫一表面的温度进行测量,这对于进一步缩小火山喷发出的二氧化硫所占的比例范围将会有很大帮助。这个工作并不简单,尤其是对于木卫一的低海拔地区进行了温度测量,但是研究团队认为,他们还是能够做到的。

de Pater介绍说:“想要检测到木卫一的气温,我们就要有更高的分辨率,这就要求我们对这颗卫星观测的时间要加长。我们只能在木卫一处于阳光下的时候进行观测,因为它处于阴影中的时间并不长。在这样的观测过程中,木卫一会有10°的公转角度。我们需要利用软件来制作出不被遮挡的图像,这一点我们此前在利用ALMA和甚大望远镜拍摄木星射电图像的时候已经做到过了。”

作为太阳系火山最活跃的天体,木卫一的内部结构一直是科学家最好奇的问题之一。这是我们对地球内部结构了解的一种补充,只有了解了多种岩石星球的结构,才能说我们真的了解地球的所有内部机制。有些在地球上不能解决的问题,我们只能求诸太阳系其他天体,甚至是更遥远的系外行星。也许在最遥远的地方,反而蕴藏着最近的秘密。

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