北京
在太陽系中，木星的衛星木衛一（Io）向來以“最狂暴的火山世界”著稱，它的表面布滿數百座活火山，熔巖噴泉不斷填滿撞擊坑，形成一片片熾熱的熔巖湖。
朱諾號探測器拍攝的木星火山衛星木衛一北極區域。圖源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
如今，NASA的朱諾號（Juno）探測器首次探測到了木衛一地表之下涌動的強烈熱量，為理解這顆“地獄衛星”的內部秘密打開了一扇新窗口。相關研究已發表于《地球物理研究雜志：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）。
01
—木衛一為何如此“暴躁”
木衛一的劇烈火山活動，源于一場持續不斷的“引力拉鋸戰”：木星的強大引力與鄰近衛星木衛二（Europa）、木衛三（Ganymede）在精確的軌道周期下反復拉扯著木衛一。這種潮汐力之強，足以讓木衛一的地表像呼吸一樣上下起伏，振幅最高可達約100米。這種被反復揉搓、拉伸的過程，讓木衛一內部持續產生遠超地球的熱量。
在此之前，科學家對木衛一“體溫”的了解主要來自紅外觀測，而紅外手段只能感知表面溫度，無法看到地表之下究竟發生了什么。
02
—朱諾號如何“看透”地表之下
這一次的突破，得益于朱諾號搭載的微波輻射計（MWR）。這臺儀器原本的任務是穿透木星濃密的云層，研究木星深層大氣的結構與成分，但科學家發現，它同樣可以用來探測木衛一地表之下的熱輻射信號。
朱諾號項目首席科學家、西南研究院的斯科特·博爾頓（Scott Bolton）表示，微波輻射計直接觀測到了木衛一地表以下釋放的熱量，這一發現意味著未來在研究地球火山時，同類型的儀器或許也能在火山周邊探測到相似的地下溫度梯度信號，從而幫助人們更好地理解陸地火山的運作機制。
03
—兩次近距離飛掠，測出驚人溫度梯度
2023年12月30日和2024年2月3日，朱諾號兩次以約1500公里的距離近距離飛掠木衛一。論文第一作者、NASA噴氣推進實驗室的香農·布朗（Shannon Brown）介紹，儀器測量了從地表以下幾英寸到幾十英尺深處的熱輻射情況。
布朗表示，無論探測哪個區域，都發現溫度在地表以下僅幾英尺范圍內就上升了超過40華氏度（約合22攝氏度），這一梯度遠遠超出單純太陽加熱所能解釋的范圍。
04
—熱量從何而來：兩種可能的解釋
研究團隊提出了兩種可能的解釋。第一種是，熱量正通過一層導熱的地殼持續、穩定地向外傳遞。NASA將這種背景熱流比作“每平方碼地面下都點著一盞小夜燈”，單獨看并不算劇烈，但當這種效應覆蓋整個星球表面時，累積釋放的能量可達地球平均水平的30倍。
第二種可能是，探測到的熱信號來自正在冷卻的熔岌流。這些熔巖流上覆蓋著約9到11米厚的固化地殼，而這樣的地殼在木衛一表面的覆蓋比例，在任意時刻大約占到整體的10%。
對科學家而言，木衛一的意義遠不止于它自身。博爾頓指出，木衛一為理解“潮汐加熱”這一宇宙中普遍存在的能量機制，提供了獨一無二的觀測窗口，正是這種遠離恒星、卻依然能獲得能量與熱量的機制，塑造了木衛一這樣極端的火山世界，也為木衛二、木衛三等冰衛星地下海洋的存在提供了能量來源。
博爾頓總結道，此前人類只能觀測到從表面或噴發中逸出的熱量，而現在，科學家終于能夠刻畫熱量究竟是如何從星球內部一步步向地表遷移的。
從熾熱的木衛一，到冰封之下暗藏海洋的木衛二與木衛三，朱諾號的這次觀測提醒我們，即便是同一種物理機制，潮汐加熱，也能在不同世界里演繹出截然不同的面貌。而對這類過程的深入理解，或許還將反過來幫助我們重新審視地球自己的火山系統。
參考
https://gizmodo.com/nasa-detects-intense-heat-beneath-io-jupiters-most-volcanic-moon-2000790277
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