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基本资料

发现

  发现者: 伽利略马里乌斯(Marius)

  
Io(木卫一)
发现日期: 1610年1月7日

物理特征

  大小: 3,660.0 × 3,637.4 × 3,630.6 km

  平均半径: 1,821.3 km (0.286地球)

  表面积: 41,910,000 km2 (0.082地球)

  体积: 2.53×1010 km3 (0.023地球)

  质量: 8.9319×1022 kg (0.015地球)

  平均密度: 3.528 g/cm3

  赤道表面引力: 1.796 m/s2 (0.183 g)

  宇宙速度: 2.558 km/s

  自转周期: 同步的

  赤道旋转速率: 271 km/h

  反照率: 0.63 ± 0.02[2]

  表面温度:平均 130K ;最大 200 K

  星等: 5.02 (冲)

轨道资料

  近拱点: 420,000 km (0.002 807 AU)

  远拱点: 423,400 km (0.002 830 AU)

  平均轨道半径: 421,700 km (0.002 819 AU)

  轨道离心率: 0.0041

  轨道周期: 1.769 137 786 d (152 853.504 7 s, 42 h)

  平均公转速度: 17.334 km/s

  轨道倾角: 2.21° (对黄道)

  0.05°(对木星的赤道)

  卫星所属星球: 木星

简介

  
木卫一
木卫一有稀薄的大气,由二氧化硫与其他气体组成。与外层太阳系的卫星不同,木卫一与木卫二的组成与类地行星类似,主要由炽热的硅酸盐岩石构成。其表面也与太阳系中其他星体截然不同,这使得科学家在第一次接触旅行者号发回的数据时非常惊奇。他们原以为在类地星体上应布满了受撞击后留下的大大小小的环形山,然后以单位面积内留下的“弹坑”来估计星球外壳的年龄。但实际上木卫一的表面环形山极少,简直屈指可数。这样看来,其表面非常年轻。

  最重要的发现则在于旅行者号发现的数百个火山口,而其中一些仍然活跃。羽毛状的喷出物高达300千米,据科学家分析,是以硫或二氧化硫的形式喷出的。这可能是旅行者号任务中最重要的单一发现,这是类地星体内部炽热与活动的第一份实际证明。

  木卫一有着令人惊异的多种地形:有向下有数千米深的火山口,有炽热的硫湖,有很明显不过的非火山的连绵山脉,流淌着数百千米长的粘稠的液体,还有一些火山喷口。硫和其化合物的多种颜色使得木卫一表面的颜色赋予多样化。

  木卫一表面的最热点温度可达700开,虽然它的平均温度只有大约130开。这些热点是木卫一损失其热量的主要原因。不像其他伽利略发现的卫星,木卫一几乎没有水。这可能由于在太阳系进化过程的初期,木星太热,把木卫一较易挥发的物质都蒸发掉了。

  木卫一有令人惊异的多种地形:有向下有数千米深的火山口,有炽热的硫湖,有很明显不过的非火山的连绵山脉,流淌着数百千米长的粘稠的液体(硫的某种形式?),还有一些火山喷口。硫和其化合物的多种颜色使得木卫一表面的颜色多样化。

  对旅行者号的图片分析使得科学家确信木卫一表面的熔岩流大多由炽热的硫的化合物组成。然而,接下去的基于地表的研究表明对那里温度过高,不会有液态硫。一个当前彩的说法是,木卫一的熔岩流是由炽热的硅酸盐岩石组成的。最近的哈勃望远镜的观察表明那些物质中可能富含钠,或者说那里不同的地方物质有着不同的组成成份。

  它所有活动所需要的能量可能来自与它与木卫二,木卫三及木星之间的交互引潮力。这三颗卫星的共动关系固定,木卫一的公转周期是木卫二的两倍,后者是木卫三的两倍。虽然木卫一就像地球的卫星月球一般,只用固定的一面朝向其主星,由于木卫二与木卫三的作用使它有一点点不稳定。它使木卫一扭动、弯曲,大约有100米长,并在复原扭曲的循环中产生能量。

  木卫一同样切割木星的磁场线,生成电流。对于引潮力而言由此产生的能量不多,但电流的功率仍有1兆瓦特。它也剥去了一些木卫一的物质,并在木星周围产生强烈的凸起状辐射。在凸出面中脱离的粒子部分地造成了木星的巨大磁层。

  木卫一如此活跃的原因可能是因为它位于木星与木星的另两颗大卫星——木卫二木卫三的共同引力潮汐作用下,这种类似拔河竞赛似的引力作用常常使木卫一的形状发生大至100米左右的改变。木卫一的表面温度约为零下143℃,在火山喷发时的温度可达17℃,因此木卫一表面会有大小不一的熔岩湖。这与地球形成初期的情形十分相似。
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  木卫一也被称为“披萨星”,因其独特的外表赢得了这个称号。

物理特性

  与不少外太阳系的卫星不同,木卫一与类地行星有不少相似的地方,其表层由硅酸盐熔岩所构成,根据伽利略号所观测的数据中,它的内核可能由硫化铁所组成,其半径估计最少有900公里。

  人们以前一直认为,木卫一表面定拥有不少环形山,凭着它们的分布密度,可估计月球的年龄。可是从航行者一号于1979年传回地球的照片中,木卫一表面的环形山并不多,并非如人们所想,这是因为其火山活动使它的地形不断改变。于是,人们便把它不断更新的表面看成是“年轻”的,因为这些地形是新近形成;相反,月球表面满布陨石坑,并保留了数十亿年,人们便把月球的表面看成是“年老”的。

  除了火山外,木卫一其他的景观,计有一些普通的山脉、溶化硫湖泊、深度达数百公里的破火山口,以及长达数百公里的低黏度液体在流动,可能是液态硫或是硅酸盐。此外,木卫一的硫磺及其化合物拥有多种不同的颜色,形成了它独特多变的外观。

  科学家从两艘航行者太空船传回的多张照片作出分析,相信木卫一表面的熔岩流,主要由融化了的硫化物所组成。但是从地面的红外线研究结果中,测得木卫一热点的温度可高达2000K,比硫的沸点还要高出1300K,因此有指这些熔岩不太可能是硫,木卫一的整体平均温度为130K,比热点温度低得多,而最新的理论也指出那些熔岩流是由硅酸盐组成。根据近期哈勃太空望远镜的观测结果,这些物质可能富含金属元素钠,在不同地方也可能含有不同的物质。

  木卫一拥有极稀薄的大气,主要成分是二氧化硫。

  其他伽利略卫星均拥有固态水,木卫一所含的水却极少,人们认为是早期的木星温度很高,其热力可以蒸发木卫一上的水,但其他大型卫星的水则不足以蒸发。

名称来源

  木卫一(Io):<希腊神话>水泽神女伊俄(Io),河神伊那科斯(Inakhos)的女儿。大神宙斯(Zeus)的化为一阵迷雾占有了她,并将她变成一头小白牛以躲避天后赫拉(Hera)的嫉妒,但仍被识破。伊俄在赫拉的迫害下四外逃亡,最后在尼罗河(Nile)畔获得解脱,恢复人形,并为宙斯生下了埃及(Egypt)第一个法老厄帕福斯(Epaphos)。

研究发现

木星卫星数目

  木星卫星数目现已高达63颗,其中最大的四颗:木卫一、欧罗巴(木卫二)、甘尼米德(木卫三)和卡利斯多(木卫四)最为著名,早在1610年,伽利略便已通过他的望远镜观测到这四颗卫星

  ,并以之证明并非所有的天体都绕地球运行,成为“日心说(地动说)”的最佳证据之一,因此天文上以“伽利略卫星”称呼这四颗卫星。

  旅行者号宇宙飞船约在20几年前掠过木星附近时,观测到木卫一的表面有非常活跃的火山活动,地面科学家持续监测木卫一,结果发现它是太阳系中火山活动最频繁的天体。而前几年才刚功成身退的“伽利略”号宇宙飞船则发现木卫一表面的火山热点温度高达摄氏1610度,相较之下,地球上的火山(如夏威夷的几劳亚火山等)只有摄氏1000度左右,顿时使木卫一成为太阳系中表面温度仅次于太阳的天体(太阳表面温度约5700度左右)。目前已知木卫一表面有超过100座的火山,并证实木卫一的火山活动频率高达地球的30倍以上。天文学家认为:木卫一的火山之所以如此活跃,原因在于它是四颗中最接近木星的一个,受到木星强大的潮汐力和磁场影响非常严重。

  美国华盛顿大学行星科学家利用计算机仿真木卫一表面火山爆发的情形,结果显示木卫一表面的熔岩温度之高,使其中所含有的钠、钾、硅、铁等都被蒸发成气体,有部分变成单原子气体,有部分则维持分子状态,如一氧化硅、二氧化硅、一氧化铁等,成为木卫一大气层的一部份。科学家们曾在2000年时提出预测:这些被蒸发的岩石成分,与火山气体中的硫或氯等交互作用之后,可能产生一些罕见的气体,如氯化钠、氯化钾、二氯化镁、二氯化铁等。

  天文学家在2003年时真的在木卫一表面发现氯化钠气体成分,但因观测结果灵敏度不足,无法侦测出氯化钾气体的存在。如今,科学家们利用伽利略卫星的观测资料,配合他们的地面望远镜观测结果,分析后发现:木卫一表面炽热熔岩中钠和钾,正在蒸发成气体进入大气中。此外他们还发现一氧化硅则是熔岩中硅类气体的主要成分;由于天文学家在太空中已观测到一氧化硅的存在,尤其是表面温度较冷的恒星大气中,因此使得木卫一表面一氧化硅的发现显得格外引人注目,他们还希望能在火山喷出的气体中直接侦测到一氧化硅气体。相关研究成果发表在2004年5月份的《伊卡鲁斯》杂志中(行星科学的主要刊物)。

是太阳系最炽热的卫星

  
木卫一照片拼接图
2004年,天文学家们研究发现,太阳系内(除太阳外)最炽热的星体并不是人们一贯认为的距离太阳最近的行星水星和金星,而是木星的卫星木卫一(木星最明亮的四颗卫星之一,400年前由伽利略最先发现)。

  当然,使得木卫一有如此之高的温度并不是太阳辐射的功劳,而是它内部剧烈火山活动的结果。在太阳系内部,再没有任何其它行星或卫星能与木卫一在火山数量上相媲美。

  天文学家们首次发现木卫一上强烈的火山活动是在20多年前,当时美国的“旅行者”号星际探测器曾给木卫一拍摄了一系列照片。此后,在木星附近工作了约8年的“伽利略”号探测器还为这颗炽热的卫星进行了近距离拍照。正是以这些照片为依据科学家们确定了木卫一上有着非常剧烈的火山活动,其表面温度可达1610摄氏度。

  来自圣路易斯华盛顿大学的研究人员对木卫一上的火山喷发进行的计算机模拟实验显示,木卫一火山爆发喷射出的熔岩能够将其表面的钠、钾、硅、铁等物质及其化合物熔化并蒸发到大气中。这些物质的气化物与火山岩气体(含亚硫化物及氯化物)发生反应便形成了木卫一大气特有的组成成份:钠和钾的氯化物以及镁和铁的二氯化物。

  气态氯化钠在木卫一上已经找到,就目前条件来看,要找到气态氯化钾我们的探测器的灵敏度还需要加以改进。

  尽管科学家们目前已经获取了有关木卫一的许多资料,但凭这些资料还远远不能让科学家们揭开木卫一神秘的面纱:这颗大小仅与月球相当的卫星如何保持如此之高的岩浆温度?如此高温的岩浆却为何熔化不了其周围的岩石?它的岩石圈(包括地壳和地幔上部)到底有多厚多坚固?如果它上面有山,其高度会不会赛过珠穆朗玛峰?当然,要解开这一系列的疑惑尚需要天文学家们持续不断的努力。[1]

火山爆发频繁

  
木星与木卫一
科学家研究发现太阳系最活跃的火山即将爆发,而火山爆发活动频繁的木卫在未来的某一天将可能休眠。

  此前,离木星最近一颗大卫星木卫一已多次出现火山爆发活动,目前其表层被火山灰覆盖,其表面还有数十个活火山。而木卫一的大小和月亮差多。科学家介绍称,木卫一表面火山运功频繁的原因是因为月球引力的影响。因为月球引力引发了其表面不同地区的引力变化,造成不同地区的拉伸和地壳变化。

  这种引力的拉伸,造成木卫一表面每隔10米就会发生向上和向下的运动,因此引发了地壳的剧烈活动。法国巴黎天文台经过长时间的观测和研究,已经证实了这种火山频繁活动的原因。

  科学家称,最让人震惊的是,如果这种运动过于激烈,将会使附近的月球进入一个圆形轨道,而不是此前的椭圆形轨道,那么太阳系的规律将会发生重大变化。实际上,科学家结合1891年就开始对木卫一的观测数据,已经发现了这种细微的变化。加州大学的舒伯特教授认为,一旦木卫一处于休眠状态,那么木星的轨道也会发生变化,从而使得月球的轨道发生变化。目前,科学家们把相关的研究数据发表在了《自然》杂志上。[2]

相关资料

  木卫一的内部在亚瑟?克拉克的小说《2010太空漫游》(2010: Odyssey Two,1984年作品)中,提及发现号太空船对木卫一进行观测,其船身被火山所喷出的硫磺所覆盖。

  在电视连续剧《巴比伦五号》 (Babylon 5)中,木卫一是其殖民地之一。

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