木衛一會下雪結霜令它的大氣層週期性收縮

木衛一大氣層結霜和收縮過程
木星四大伽利略衛星之一,木衛一(Io)受到潮汐鎖定,永遠以同一面向木星。木衛一每次出現日食現象,進入木星的陰影區時,它的大氣層便會凝結成霜並且收縮。木衛一每42.46小時繞木星運轉一圈的期間,這一個過程會持續約兩個小時。

美國西南研究院一組以華裔天文學家康斯坦丁·曾(Constantine Tsang)博士為首的研究團隊,利用夏威夷八米口徑的北雙子座望遠鏡,用遠紅外線波長,首次觀測到木衛一大氣層的收縮和恢復過程。木衛一大氣層主要由二氧化硫構成,源於散落在這顆衛星周圍的火山灰。研究人員曾提出,在木衛一位於木星陰影中的兩個小時裡,這種稀薄的覆蓋物有很大一部分會凝結成霜。木衛一大氣層的表面壓力約是海平面上地球大氣層壓力的十億分之一。

不過,證實這一觀點的觀測結果很難獲得,因為當木衛一被木星遮蔽時,它的大氣層無法在可見光波長被輕易看到,所以天文學家需要利用一台大型地面望遠鏡,在遠紅外線波長觀測這顆多火山的衛星。

研究發現,來自木衛一表面的特定輻射範圍會被大氣層中的二氧化硫吸收。在它經過木星的背面時,其表面會從攝氏零下146度迅速冷卻至攝氏零下168度。這種突然的降溫足以導致約八成的大氣層凝結成霜。隨後,當日食過程結束、陽光重新回來時,由二氧化硫形成的霜再次蒸發形成氣體。

此項發現或許能幫助科學家更好地理解木星系統的其餘部分。從木衛一的火山中噴發出的約一半二氧化硫最終會漂移並散佈在木星周圍。

【圖:美國西南研究院;文:節錄自國家航天局網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《地球物理學研究雜誌:行星》網絡版

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