木星衛星比它們應有的溫度高可能是彼此之間互相加熱引發
木星的衛星距太陽約七億七千八百萬公里,但是它們的實際溫度比理論上的溫度高。人們曾經認為這種額外的溫度大部分是由木星本身提供,但是現在有一個新的假設,就是衛星彼此之間互相加熱。
木星並不是為它周圍的衛星提供熱力,但是由於它巨大的質量,在推拉衛星的過程中摩擦產生熱量。這種效應稱為潮汐加熱(tidal heating)。
一項最新研究,利用電腦模擬木星衛星之間互相牽引,發現它們彼此之間的引力相互作用足以引起比木星更多的潮汐加熱。
美國太空總署噴射推進實驗室的行星科學家哈米甚·海尹(Hamish Hay)指: 令人驚奇的是,因為木衛比木星小得多,不會期望它們能夠產生如此大的潮汐反應。
希望這項新發現將幫助天文學家更多了解整個木星衛星系統的演化。到目前為止,我們知道木星至少有79顆衛星。木衛一(Io)、木衛二(Europa)木衛三(Ganymede)和木衛四(Callisto)是最大的四顆衛星。
天文學家認為,這四顆大衛星足夠產生潮汐加熱效應,可以將藏在它們表面之下的液態水溶化,而木衛一的溫度足以形成四百多個活火山。因此很明顯,有一機制阻止這些衛星在冰冷的太空凍結。
潮汐加熱通過潮汐共振起作用,這些衛星基本上以某些頻率振動,並且這種現像在所有水域(包括地球上的水域)中都會發生。
海尹指出,共振造成更多的負載加熱,如果推動任何對像或系統,它將以固有的頻率擺動。如果繼續以正確的頻率推動系統,則這些振盪會變得越來越大,就像在推動揮桿一樣。在正確的時間推動揮桿,它會變得更高,但會導致時序錯誤,鞦韆式的擺動受到抑制。
研究人員在計算這些自然頻率時發現,只有木星的潮汐共振就足夠為這些衛星形成地下海洋的事實不符。只有加上來自衛星本身的引力,潮汐力才能與當前木衛地下海洋的估計相匹配。研究小組認為,整體潮汐加熱可能足以融化衛星內部的冰和岩石。
這樣的模型總是會有一些明智的猜測,例如:在這種情況下,潮汐共振的穩定性如何?研究人員表示,他們已經為進一步探索這個現象奠定了良好的基礎,並且相同的方法可以幫助識別太空中更遙遠,可能存在的海洋世界。
美國亞利桑那大學的行星科學家安東尼·特林(Antony Trinh)表示: 最終,我們希望了解所有這些熱量的來源,因為它們對整個太陽系及其它恆星系統的演化和宜居性都有影響。
【圖:美國太空總署;文節譯自亞利桑那大學2020年9月10日新聞公佈】研究全文刊登在2020年7月19日出版的《地球物理研究快報》