木衛一的“微距照”

久違的木衛一

2023年年末，“朱諾號”木星探測器終于接近了木衛一。此時，它距離這顆色彩斑斕的衛星只有1500千米了。比這次距離木衛一更近的一次飛掠發生在2001年，當時，“伽利略號”木星探測器在距離木衛一181千米的地方飛越了木衛一的南極上空。因此，“朱諾號”這次飛越的距離是20多年來人類探測器最接近這顆衛星的距離。在接近木衛一的過程中，“朱諾號”拍攝了它的近照，人類因此再一次領略了這個星球上那久違了的火山風光。

“朱諾號”于2011年8月離開地球，經過28億千米的太空飛行，于2016 年7月抵達木星系，并展開了主要針對木星的太空探索活動。

“朱諾號”環繞木星飛行的軌道很特別。它大部分時間都遠離木星，最遠時達800萬千米，這時它運行在木星輻射帶的外圍。而一旦它越過了最遠點，便快速地接近木星，最近時只有4200千米，此時木星的引力會使它加速到極高的速度。

“朱諾號”攜帶照相機、分光計和磁力計，以及一些探測等離子體、宇宙微粒的儀器。由于木星的自轉，“朱諾號”每次撲向木星，掃描的區域都位于不同的經度，從而收集到范圍廣泛的數據。就這樣，“朱諾號”在環繞木星飛行的過程中一次次地靠近木星，然后迅速離開，以這樣的方式探索這顆太陽系中最大的行星。

“朱諾號”的主要任務是揭示木星內部的秘密，但同時，“朱諾號”也附帶探測木星衛星的任務。2021年6月，“朱諾號”飛越了木衛三。2022年9月，“朱諾號”飛越了木衛二。

木衛二的直徑為3100千米，與木衛三一樣，屬于可能擁有冰下液態海洋的“冰衛星”。飛越木衛二時，“朱諾號”在距離木衛二352千米處掠過，并拍攝了這顆衛星的照片。和木衛二緊挨著的更靠近木星的衛星就是木衛一，它是木星4顆最大衛星中最靠近木星的一顆，直徑為3642千米，是太陽系中的第四大衛星。

2023年12月30日，“朱諾號”在第57次環繞木星運行的軌道上飛越了木衛一。木衛一最大的特點不是冰，而是“火”，因為它是一顆“火山衛星”。“朱諾號”首席研究員、美國西南研究所的行星科學家斯科特·博爾頓在“朱諾號”飛越木衛一前發表聲明：“通過將‘朱諾號’飛越木衛一收集的數據與人們此前的觀測數據結合起來研究，‘朱諾號’研究團隊可以探索木衛一上火山活動的演變情況，包括火山噴發的頻率、它們的亮度和溫度、熔巖流形態的變化，以及這些活動與木星磁層中帶電粒子流的相互關系等。”

木衛一的地表顏色呈暗紅色。人們觀測到，木衛一上的隕石坑并不多，它的表面物質似乎在不斷更新，每隔一段時間，年代久遠些的地表便被新鮮而年輕的物質覆蓋住。這表明，木衛一是一個充滿活力的星球。

木衛一的活力之源

1979年，“旅行者1號”探測器抵達木星系。同年3月5日，“旅行者1號”在距離木衛一約2萬千米處掠過木衛一。根據這次飛越木衛一拍攝的影像，科學家們發現木衛一上存在一道呈半圓形的煙柱。根據大小判斷，這團煙柱的頂端直達300千米的高空，研究和分析的結果表明，那是火山的噴發物。原來，木衛一上有火山正在噴發著熾熱的巖漿。后來，科學家們在這些照片中共找到了9座正在噴發的活火山。

在“旅行者1號”到達木星之前，科學家們對木衛一上存在火山已經有所推測，由于“旅行者1號”的觀測，科學家們更加肯定，促使木衛一地表物質不斷更新的力量來自噴發的火山，火山活動將地下物質不斷地帶到地面，形成新的地表。從遠處看，木衛一是太陽系中最紅的天體。究其原因是火山活動所致，由于火山噴發，木衛一上充滿流動的熔巖、暗黑的煙塵和紅褐色的硫黃，它們共同把木衛一渲染成了以紅色為主色調的斑斕星球。

與地球相比，木衛一是一個體積很小的星球，然而它的火山活動卻比地球上的火山活動劇烈得多。我們知道，地球上的火山活動源于地球內部的巨大熱能。地核、地幔和地殼都存在高溫和高壓的條件，它們的熱能促使巖漿形成，從而導致地球上的火山噴發。那么，促使木衛一火山噴發的能量來自哪里？它的火山活動為什么比地球上的火山活動還要劇烈呢？

原來，木衛一承受著比地球大得多的來自木星和附近衛星的引力。本來，木星距離木衛一就很近，且它的質量是地球質量的318倍。而木星的衛星，尤其是木衛二和木衛三距離木衛一也很近，它們的引力也會影響木衛一。研究顯示，木衛二和木衛三對木衛一形成了一種交互的引力關系：木衛一的公轉周期是木衛二的2倍，而木衛二的公轉周期又是木衛三的2倍，三者之間存在著一種固定的聯動關系。由于木星、木衛二和木衛三的共同作用，木衛一便被引力所拉扯，像橡皮球一樣在圍繞木星運行的軌道上進行著周而復始的變形運動。而木衛一的內部也在這種運動中產生了熱能，星體內的物質被熔化，從地表噴涌而出，形成蔚為壯觀的火山噴發。

“旅行者1號”對木衛一的飛越，打開了人類研究太陽系火山活動的一個新窗口。隨著人類在太陽系的探測活動日益頻繁，木衛一上的火山世界也日益清晰地展現在人們面前。

探訪“火山博物館”

在“旅行者1號”之后，緊接著探訪木衛一的是“伽利略號”木星探測器。“伽利略號”于1989年10月啟程，1995年12月進入環木星軌道。1996年6月，“伽利略號”接近木衛一，它觀察到木衛一的地表顏色與“旅行者1號”探訪這顆衛星時已經不盡相同了。同年10月，“伽利略號”飛越木衛一，在這個過程中它仔細觀察了位于木衛一赤道附近的佩里火山，這座火山最引人注目的景觀是環繞火山口的一個巨環，形成巨環的物質來自從火山口噴出的熾熱巖漿，其中黃褐色的硫化物從空中落下后堆積在火山口附近，形成了直徑達1300千米的巨環。

除佩里火山外，讓人印象深刻的火山還有洛基火山和普羅米修斯火山。洛基火山是木衛一上最大的火山，也是太陽系內最具活力的火山。它擁有一個直徑達202千米的火山口。科學家們一直認為，洛基火山可能擁有巨大的熔巖庫，其火山的熔巖可以周期性地從這個熔巖庫中得到補充，從而使熔巖流經久不衰，這也是這座火山能夠如此朝氣蓬勃的重要原因。

普羅米修斯火山是另一座給人們留下深刻印象的活火山，它的火山口也很大。1979年，“旅行者1號”在飛越木衛一時，探測到普羅米修斯火山的沖天煙柱。在陽光的照耀下，這道煙柱像一枚豎立的羽毛般在火山口下方投下巨大的陰影。這道壯觀的煙柱后來成了普羅米修斯火山的重要標志，科學家們戲稱它為“普羅米修斯的羽毛”。

在“伽利略號”木星探測器完成了對木星系的探測任務后，人類的探測器對木衛一的飛越并沒有就此結束，這是因為其他的行星探測器也經常需要從木星附近經過，從而有機會飛越木衛一。例如，“卡西尼號”土星探測器就在前往土星的過程中參與了對木星系的考察。它在飛越木衛一時，還在木衛一北極附近發現了一道高達400千米的火山煙柱。2007年2月，“新視野號”冥王星探測器在飛往冥王星的途中也順便造訪了木衛一，它用搭載的成像設備拍下了木衛一的新照。此時，那些壯觀的火山仍在噴發，尤其是一座名為“特瓦什塔爾”的火山，它的羽毛狀煙柱高達290千米。總而言之，木衛一的火山活動一直很頻繁，周遭景物不斷改變，地表顏色變得與以往也不盡相同了。木衛一不愧為太陽系中的“火山博物館”。

期待解開更多謎團

不難發現，飛越木衛一是目前科學家們了解其火山世界的重要方式， “朱諾號”的觀測對人們了解太陽系行星的火山世界及其演化和變遷意義重大。事實上，“朱諾號”在2023年12月對木衛一的飛越并非最后一次。2024年2月，“朱諾號”又一次飛越了木衛一。這次的飛越距離木衛一地表大致也是1500千米。

這以后“朱諾號”還會不斷地飛越木衛一，但這些飛越距離從11000千米到10萬千米不等，已變得距離木衛一地表越來越遠了。在最后一次飛越木衛一后，“朱諾號”將于2025年9月結束對木星系的延長探測任務（它的主要任務已于 2021年7月結束），并墜入木星大氣層。

然而，人類對木星及其衛星的探索活動還將繼續下去。截至目前，在太陽系中，人們只發現2個星球上有活火山在不斷地噴發著熾熱的熔巖，其中一個是木衛一，另一個就是地球。木衛一上估計有400座活火山，這些活火山噴出的熔巖量是地球上火山噴出物的100倍，所以木衛一上的火山活動比地球上的火山活動劇烈得多。現在，科學家們根據“朱諾號”對木衛一的探測數據已經在木衛一上確定了266個火山熱點，并繪制了木衛一的活火山地圖。科學家們推測，木衛一擁有如此強勁的火山活動，它的地下很有可能擁有全球性的熔巖海洋。如果這個假設成立，那么我們就能準確解釋木衛一上的火山世界為何能如此壯觀了。隨著人類對木星系探索的逐步深入，木衛一這個太陽系中難得的“火山博物館”，也一定會向更多來自地球的訪客展示它魅力無窮的真實面孔。