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太陽系中的哪壹顆衛星擁有磁場?結構上有什麽特殊之處

朱諾號探測器向人類傳回了大量精美的圖片和重要的信息,讓我們對這顆巨大的氣體行星及其衛星有了更多的了解。那些木星風暴在震撼我們心靈的同時,也向我們訴說著大量木星的秘密。

(圖片說明:朱諾號在2019年12月26日對木衛三北極進行紅外波段拍攝,發現了壹些罕見的物質)

即便朱諾號已經獲得了如此多的信息,但它依然還能不斷地給我們帶來驚喜。7月23日,NASA公布了壹系列木衛三的北極圖片,這是人類歷史上第壹次利用探測器對這顆衛星的北極進行正式的觀測。

木衛三又叫蓋尼米得(Ganymede),是木星也是太陽系最大的衛星。它的直徑有5268公裏,比最小的行星水星還要大,不過質量則要小得多,這證明它的密度相對較小。對於這顆巨大的天體,我們的了解還非常有限,而這壹次朱諾號的探測,提供了許多寶貴的信息。

(圖片說明:木衛三的內部結構)

由於密度非常低,科學家推測木衛三內部含有大量的水。據推測,它所含的水和矽酸鹽巖幾乎是等量的。在木衛三表面,水冰廣泛分布。在這個外殼之下,可能還有壹片巨大的液態水海洋,而且還是具有壹定鹽度的鹹水海洋,其深度可能達到了100公裏,是地球最深的馬裏亞納海溝的10倍。在這片海洋之下,是壹塊巨大的鐵核。

在人類發現的幾百顆太陽系衛星中,木衛三是唯壹擁有磁場的壹顆,這令它顯得非常特別。這也是我們對其核心進行推測的重要依據,熔融的鐵在對流過程中,就會形成磁場。它本就位於木星磁場圈內,而木星的磁場又是非常強大的,於是,兩個磁場的交互作用,就產生了許多離奇的現象,等離子體在壹些復雜的磁場交織區域也顯得混亂不堪。

同時,磁場還會帶來美麗的極光。在地球上,高能粒子在地球磁場最強的兩極上空時,就會產生極光。

不過,在木衛三上,情況就稍微特殊壹點了。由於它並沒有壹個完整的大氣層,所以這些等離子體不會像地球壹樣壹直漂浮在上空,而是直接傾斜到衛星的表面,像是壹場壯觀的等離子雨。最近,朱諾號探測器就利用木星紅外極光成像儀(JIRAM)對木衛三表面的等離子雨進行了拍攝,從圖像中可以清晰地看到壯觀的畫面,這種畫面是在地球上不可能看見的。

不僅如此,這樣的等離子雨還給木衛三的表面結構帶來了改變。

朱諾號項目的聯合研究員、意大利國家天體物理研究所的Alessandro Mura表示:?JIRAM的數據表明:木衛三北極附近區域的冰層,已經因為等離子體的沈降而發生改變。在朱諾號的的幫助下,我們能夠對木衛三的整個北極進行觀測,才首次發現了這樣的現象。?

他們的觀測表明,木衛三的赤道區域和兩極的冰層有著截然不同的紅外信號,這引起了他們的註意。而接下來的分析顯示,正是這些等離子雨改變了冰的結構,而是是在微觀層面上的改變。

在木衛三表面大部分區域,冰的結構都和我們地球壹樣,以非常整齊的六方體結構排列。不過,這樣的結構並不是固定不變的,在某些條件下,這些晶格也會發生混亂,這就是所謂的無定形冰(amorphous ice)。無定形冰在地球上非常罕見,因為它需要的形成條件比較復雜。但是在宇宙中,它們就常見得多了。

(圖片說明:普通雪花和無定形冰的對比)

在此之前,科學家們在彗星、星際塵埃和太陽系內漂浮的冰塊中,都曾發現過這種無定形冰。而在木衛三上,科學家如今也首次發現了無定形冰,這讓我們對這顆衛星有了新的認識。同時,它也驗證了我們此前的壹些理論。

實際上,木衛三不是木星唯壹壹顆擁有水冰的衛星,木衛二和木衛四也同樣有水冰覆蓋,而這些水冰存在的形式也不盡相同。在距離較遠的木衛四表面,冰都是呈晶體結構存在的;在距離較近的木衛二表面,則遍布著大量的無定形冰。而位於木衛二和木衛四之間的木衛三,恰好結合了兩種形式的冰。

這是巧合嗎?顯然不是,任何人都看得出來,這是?精心安排?的結果。

(圖片說明:木星的四顆伽利略衛星)

就像我們上面所說的那樣,這與木星的磁場有著分不開的聯系。木衛二距離木星最近,受到的磁場影響最明顯,所以有著大量的無定形冰;而木衛四距離較遠,木星磁場的輻射也較弱,所以冰都是正常的。至於木衛三,就比較特殊了。它既是處於二者之間,又有著其他兩顆衛星所不具備的磁場,這就使得情況變得更加復雜。

在此之前,科學家們就提出過壹個理論,認為其磁場可以將木星的輻射引導至兩極區域,而赤道受到的輻射會更少壹些。這樣的結果,會直接導致木衛三表面的無定形冰集中於它的兩極。而這壹次,朱諾號對它的北極進行了詳細的觀測和拍攝,終於證實了科學家多年以前提出的猜想。

JIRAM指出:正是由於這些在地球上構成了極光的等離子體在木衛三上變成了?雨?,持續地傾瀉在了木衛三的兩極,阻止了水冰形成晶體結構。而導致這些粒子被電離為等離子體的,就是木衛三的磁場。也就是說如果沒有木衛三的磁場,它表面的無定形冰可能會零零散散地分布在四處,而不是像現在這樣集中於兩極。

木衛三還有很多神秘的事情等著我們去探索,不過,由於朱諾號探測器最重要的任務仍然是集中在木星上,所以它也很難分身去對木衛三進行過多的探索。

好在,歐洲航天局目前正有意在2022年發射壹個名為木星冰衛星探測器(JUpiter ICy moons Explorer,JUICE)的設備,專門對木衛二、木衛三以及木衛四進行觀測和研究,或許它可以解開更多的秘密。