木衛一超級火山爆發 揭示內部像「凍豆腐」?

2026-02-02 07:43:46 最後更新日期:2026-02-02 11:00:21
William Lam

香港輕新聞特約編輯,軍武 / 科普愛好者

DwX3木衛一(又稱伊奧,以下皆稱伊奧)仍然是太陽系內火山活動最劇烈的星球,比起「第二位」的地球還是強上百倍,不過由於劇烈程度還未達到全星溶解階段,且木星周邊只有零下160度水平,所以表面基本仍維持固態。(圖片來自連結)

最近發表的研究顯示,NASA的木星探測器朱諾號一年前(2024年12月27日)對木衛一(又名伊奧)進行觀測時,發現該區南半球一個廣範圍的強烈熱源。經過往後的拍照和與過往研究,科學家認為這是一次伊奧的超級噴發事件,其覆蓋範圍達到約10.3萬平方公里(相對而言,伊奧表面面積只有4200萬平方公里),而且能量輸出可能達140 至 260 太瓦(TW,原文所述,因為只有紅外線計算,這裏可能指平均1小時爆發的能量),比過法觀測到最大的伊奧火山爆發強2至3倍,作為比較,1980年聖海倫娜火山爆發時為52太瓦左右,一個沙皇炸彈為67太瓦;同一時間,其同一範圍內亦出現多個熱源,顯示這不備僅是一次超級火山噴發,而且還是一整個火山系統一同噴發。

DwX4左圖1999年7月3日,NASA伽利略號探測器拍攝的木衛一照片;右圖為朱諾號探測器觀測到是次爆發的巨大火山熱點,圖中爆發區域已接近伊奧的南極點。由於爆發時能量強大,甚至超過朱諾紅外攝影機的上限。 (圖片來源:NASA)

伊奧的體積與質量都比地球小很多,但現時所知火山爆發的力量和規模,是現時地球所遠遠不如的,這事實上是源於兩地火山活動的形成機制全然不同:地球是因為最初形成的熱能及歷年以來核心附近放射性元素的衰變,加上地球質量巨大,大部分熱能都要經極長時間才能經地表地質活動散發出去,地質活動其實也是地球內部熱力;伊奧只有地球的1.5%,照理其核心將很小且在相對很短的時間內就會流失大部分熱能且失去地質活動能量。

Io Interior Structure Quartet Unannotated 1圖示為木星衛星伊奧四種極端內部結構模型的簡單示意圖。左側模型假設其內部主要為固態,潮汐加熱主要耗散於深層地函(左上)或軟流圈(左下)。右側模型假設其內部存在大量熔融物,形式可以是連續的岩漿海洋(右上),也可以是相互連通的部分熔融海綿狀結構(右下)。由現時火山群爆發觀測看來,左下或右下可能比較貼近實際情況。(圖片來自連結)

但伊奧反而成為太陽系火山活動最活躍的星球,其主要原因是對木星公轉中一直受木星與最接近衛星(歐羅巴和蓋尼米德)的拉扯,潮汐作用相當厲害,月球對地球的拉扯可吸起海水,但近得多的木星(路離只有)和兩個大衛星最厲害時,可以讓地殼起伏100米!這種拉扯足夠維持伊奧內部相當多地區處於熔融狀態。而且長年保持相當活躍的火山活動。

DwX1 1論文所示的圖片,左和中分別是2011年美國地質調查局 (USGS)繪制的伊奧地形照片和爆發前兩個月的4.5 至 5 μm紅外光照片,右圖是爆發當天拍攝的同波段照片。需要留意,圈外兩個有活動跡像的火山似乎和該系統沒有很大關係,另外伊奧不少火山其實都和夏威夷火山群類似,只流出溶岩而沒有/很少有爆發,同時伊奧也不像某些藝術圖所示,是個岩漿海,大部鈼地表其實還是涼的。(圖片來自論文Synchronized Eruptions on Io: Possible Evidence of Interconnected Subsurface Magma Reservoirs,刊於美國地球物理學會期刊)

經過一年多時間研究,有科學家團隊發表論文,指出伊奧這次主火山連同附近火山(熱源數到有五個)幾乎一同爆發,很可能是因潮汐加熱的上地幔形成一個直徑可能達500公里的岩漿湖,而且伊奧的地殼與上地幔可能有複雜的熔岩隧道系統,連接不同的火山甚至岩漿庫,一旦有一個火山的岩漿湖開始活動(他們填滿的速度應該比地球上快得多),岩漿也會從一處滲透到另一處,變成同時爆發的狀態。更重要的是,這似乎說明伊奧的固態地殼和上地幔相當厚(這推論相當符合其低質量衛星冷卻快的特點),而且誕生時殘留熱源已微不足道,潮汐力拉扯才是讓其局部熔融且在數十億年的演化中形成複雜的岩漿庫和岩漿通道類似海綿結構的特徵。

DwX22團隊對這個預想中的岩漿庫系統的補步描述,其中B點和P139火山似乎是個溶岩湖結構。A點則似乎是這次爆發時生成的新火山口,也是主要爆發點。(圖片來自論文Synchronized Eruptions on Io: Possible Evidence of Interconnected Subsurface Magma Reservoirs,刊於美國地球物理學會期刊) 

 

發佈於 科學新知
By 2026-02-02

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