果壳有意思
大气层缩水,要怪日全食?!

木卫一是太阳系里火山活动最活跃的天体,火山喷发出来的二氧化硫构成了一层稀薄的大气。图片来源:美国西南研究院

一个科学家团队首次记录到了木卫一(Io),也就是木星的那颗有着活跃火山活动的卫星,在每天都会发生一次的日全食期间,也就是木星这颗巨行星把影子投到它表面时,出现的大气变化。

一项新的研究得出结论认为,在木卫一被木星的阴影覆盖的时候,随着火山喷发释放出来的二氧化硫冻结到木卫一的表面,木卫一上主要由二氧化硫构成的稀薄大气就会“缩水”。

美国西南研究院空间科学及工程分部的资深研究科学家康斯坦丁·曾(Constantine Tsang)说,“这是科学家首次直接观测到这一现象,增进了我们对于这颗地质活跃卫星的理解。”康斯坦丁是这项新研究的第一作者。

这些发现被发表在最新一期的《地球物理学研究期刊-行星》(the Journal of Geophysical Research-Planets)上。研究团队在研究中动用了位于夏威夷口径8米的北双子座望远镜和TEXES摄谱仪进行观测。

木卫一上每天发生一次日全食,每次持续2小时。温度因此降低,将二氧化硫凝结成霜,导致大气开始“缩水”。图片来源:美国西南研究院

数据显示,当木卫一表面的温度从阳光照耀下的-143℃降至日全食期间的-168℃时,木卫一的大气层就会开始“缩水”。日全食在木卫一上每天都会发生,每次持续2小时左右(木卫一的1天相当于1.7个地球日)。在全食期间,大气会明显坍缩,因为大部分二氧化硫气体都在这颗卫星的表面凝成了霜。一旦这颗卫星回到阳光普照之下,随着表面温度的回升,大气又会重新鼓胀起来。

“这表明木卫一的大气始终处在坍缩和恢复的过程当中,表明很大一部分大气是由二氧化硫冰的升华维持的。”同样参与了这项研究的美国西南研究院科学家约翰·斯宾塞(John Spencer)说,“尽管木卫一过度活跃的火山活动是二氧化硫的根本来源,阳光却每天都调节着木卫一上的大气气压,具体方式是控制这颗卫星表面冰的温度。我们很久以前就推测了这一点,但直到现在才终于观察到了整个过程。”

在这项研究之前,对于日全食期间木卫一的大气还没有进行过直接的观测,因为在木星黑暗的阴影里,木卫一的大气很难观测。这项突破之所以能够实现,是因为TEXES摄谱仪能够利用热辐射,而非阳光来测量大气,而巨大的双子座望远镜足够灵敏到可以探测出木卫一坍缩的大气发出的暗弱的热信号。

日全食期间,二氧化硫在木卫一表面凝结成霜,大气层坍缩。直到日全食结束,温度回升,大气层才会恢复正常。图片来源:美国西南研究院

康斯坦丁和斯宾塞的观测是在2013年11月的两个晚上进行的,当时木卫一距离地球超过6.7亿千米。研究团队跟踪观测了木卫一移入和移出木星阴影的过程,观测时间从日食发生前大约40分钟一直持续到结束后40分钟。

木卫一是太阳系里火山活动最活跃的天体。木卫一与木星之间的引力相互作用产生的潮汐加热,驱动了这颗卫星上的火山活动。木卫一上的火山会喷发出伞状的二氧化硫烟柱,上升到这颗卫星表面上方480千米的高空,同时产生大规模的玄武岩岩浆,向外流淌达上百千米远。

对于7月4日刚刚抵达木星的NASA朱诺号探测器来说,这项研究来得也很及时。

“木卫一喷出的气体最终会充斥在木星系统中,驱动形成木星两极能够看到的某些极光特征。”康斯坦丁说,“理解来自木卫一的这些气体如何受到控制,将帮助我们更好地理解整个木星系统。”(编辑:Steed

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