ALMA呈現火山活動對木衛一大氣的影響程度
天文學家透過阿塔卡瑪毫米/次毫米電波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA)對木衛一(Io,埃歐)進行觀測,首度呈現出火衛一活躍的火山活動對其大氣的直接影響程度。
火衛一是木星四大伽利略衛星中最靠近木星的一顆,也是太陽系中火山活動最活躍的衛星。在其表面已鑑別出400多座活火山,三不五時就會噴出含硫氣體,使得火衛一表面被凍結在表面的含硫物質染上了黃、白、橘、紅等繽紛色彩。
火衛一有大氣層,只是稀薄得不行,濃度只有地球大氣的10億分之一而已。但就這稀薄得不得了的大氣層,讓天文學家得以透過它一窺火衛一的火山活動,再藉以了解火衛一的內部結構,以及色彩繽紛的地表下正在發生甚麼事。
先前研究曾顯示木衛一大氣中主要成分是二氧化硫氣體,但是,雖然這種成分通常源自火山活動,天文學家仍不清楚這些二氧化硫氣體究竟是直接來自火山活動,還是堆積在地表的二氧化硫冰受到陽光照射後直接昇華成氣體的結果?為了區別到底是哪種過程,這些天文學家動用ALMA,觀測發生木衛一食發生時,木衛一進入(初虧-食既)和脫離(生光-復圓)木星影子的影像。
當木衛一進入木星影子時,沒了陽光直接照射,木衛一表面氣溫將低到讓二氧化硫無法維持氣態而凝華在木衛一表面。這時候,木衛一大氣中若還有二氧化硫氣體,那麼當然就是火山活動即時補充的結果,換言之,此時偵測到的二氧化硫氣體含量就是火山活動的影響度。
在ALMA精密測量之下,天文學家首度清楚的觀測到從活山噴出的二氧化硫(SO2)和一氧化硫(SO)煙流(plume)。從這些觀測影像,天文學家估計木衛一大氣中有30-50%的這些氣體是直接來自活火山的結果。
此外,ALMA影像還顯示有第三種來自火山的氣體:氯化鉀(KCl),而且發現氯化鉀的地方並沒有同時發現二氧化硫和一氧化硫,這表示在木衛一各個火山下的岩漿庫並不相通。
木衛一的火山活動之所以這麼活躍,是因為它和我們月球一樣,是以同一面面對木星,再加上以橢圓軌道繞木星公轉過程中距離遠近改變,木星對木衛一的重力強度也會隨之改變,使木衛一不斷變形,內部受到強烈摩擦所致,這種現象稱為「潮汐加熱(tidal heating)」。此外,來自其他衛星,例如木衛二(Europa歐羅巴)和木衛三(Ganymede加尼米德)等的重力拉扯也加劇了木衛一的潮汐加熱現象,造成像直徑超過200公里的洛基火山口(Loki Patera)這樣龐大的火山構造。所以,瞭解木衛一大氣和火山活動,不僅能瞭解這些火山結構本身,還能瞭解潮汐加熱過程和木衛一的內部結構。
木衛一低層大氣的溫度仍是個未知數。這些天文學家希望未來也能透過ALMA長期高解析觀測來解決這個問題。而且這項測量只能在木衛一有受到陽光照射時才能測量。不過在測量期間,木衛一會自轉大約10度左右,所以需要利用軟體來協助修正影像模糊的問題。
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