天文學家利用射電望遠鏡偵測到木衛一大氣受到表面火山噴發影響

天文學家利用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）射電電望遠鏡的新射電圖像首次顯示木衛一（Io）上的火山活動對它的大氣有直接的影響。

木衛一是我們太陽系中火山活動最活躍的衛星。它擁有四百座活火山，噴出的硫磺氣體在凝結在伊奧表面時會呈現出黃白色和橙紅色。雖然木衛一的大氣非常稀薄（是地球大氣層的十億分一），但木衛一的大氣層可以讓我們了解它的的火山活動，並為我們提供了通向其它行星衛星內部地殼下方正在發生的情況。

先前的研究顯示，木衛一的大氣主要由二氧化硫氣體主導，而二氧化硫氣體最終來自火山活動。加利福尼亞大學伯克萊分校的伊克·德·帕特（Imke de Pater）教授表示：現時仍然不清楚是那一個過程驅動木衛一大氣的動力學。究竟是火山活動，還是木衛一在陽光下冰從地面昇華（從固態轉變為氣態）的氣體。

為了區分引起木衛一大氣的不同過程，一組天文學家團隊使用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電電望遠鏡拍攝木衛一從木星的陰影復現（稱為食終）的圖像。紐約哥倫比亞大學的斯塔蒂亞·盧茲-庫克（Statia Luszcz-Cook）博士解釋：當木衛一進入木星的陰影中，沒有陽光直射時，對二氧化硫氣體來說太冷了，它會凝結在木衛一表面上。在此期間，我們只能看到火山源的二氧化硫。因此，我們可以確切地看到火山活動影響了大部分大氣。

得益於阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電電望遠鏡出色的分辨率和靈敏性，天文學家第一次可以清楚地看到二氧化硫和二氧化硫的羽狀物從火山中升起。根據圖像，他們計算出木衛一30%至50%的大氣是由活火山直接產生。

阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電電望遠鏡圖像還顯示出有第三種氣體氯化鉀從火山噴出。盧茲-庫克說：「我們在看不見二氧化硫或二氧化硫的火山區看到了氯化鉀。有力的證據顯示，在不同的火山下，岩漿儲層內的化學成份不相同。」

由於稱為潮汐加熱的過程，木衛一具有火山活性。木衛一繞著不圓的軌道運行木星，潮汐效應使到木衛一就像我們的月球一樣，總是同一面對着地球，木衛一的同一面也總是面對木星。木星其它衛星：木衛二（Europa）和木衛三（Ganymede）的引力引起巨大的內部摩擦和熱量，產生了諸如洛基火山口（Loki Patera）這一類的火山，橫跨二百多公里。盧茲-庫克博士補充說：「通過研究木衛一的大氣和火山活動，我們不僅了解火山本身，還了解潮汐加熱過程和木衛一的內部結構。」

木衛一較低大氣層的溫度仍然是一個未知數。在未來的研究中，天文學家希望用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電電望遠鏡對此進行測量。為了測量木衛一大氣的溫度，我們需要在觀測中獲得更高的分辨率，這需要更長期的觀測。我們只能在木衛一陽光充足的情況下這樣做，因為木衛一不會有大長的日食時間。德·帕特教授指出：在進行這樣的觀察時，木衛一將會旋轉數十度。我們將需要使用可幫助我們製作未拖影圖像的軟件。我們以前已經使用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電電望遠鏡和甚大天線陣列（Very Large Array）射電電望遠鏡製作的木星射線電圖像進行這種操作。

【圖、文：節譯自美國國家射電天文台2020年10月21日新聞公佈】研究全文刊登在2020年9月16日出版的線上 arXiv 論文預印本