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第39章 早期人类对木卫一的探测(一)

作品名称:太空大营救      作者:远星汉      发布时间:2021-08-10 09:54:55      字数:3142

  上一章正说到,火星历二十五年八月十五这一天,火星水手峡谷居民区8架亚光速航天飞机载着400名科学家飞赴木卫一。开始了对木卫一的实地考察。
  木卫一的天文名称叫依奥,是木星的四颗伽利略卫星中最靠近木星的一颗卫星,它的直径三千六百四十二公里,是太阳系第四大的卫星。它的名字来自众神之王宙斯的恋人之一:依奥,是希拉的女祭司。
  人类在近千年以前就发现了木卫一。早在17世纪之初的1610年,地球人类最杰出的天文学家伽利略就在他自己发明的天文望远镜里发现了木星的四颗卫星,其中就包括木卫一。伽利略把木卫一命名为“io”,从此把木卫一列入天文学家的内容之一。
  1610年伽利略观测这四个卫星多日,发现虽然木星在空中移动,卫星仍环绕木星公转,从而得到支持哥白尼日心说的论据,即并非所有天体均环绕地球旋转。木星的伽利略卫星在1610年发现后不久便由西门·马里乌斯命名为"艾奥"(Io)、"欧罗巴"(Europa)、"盖尼米德"(Ganymede)和"卡里斯托"(Callisto)。20世纪之前,这些名称并不受欢迎,取而代之的为"木卫一"、"木卫二",或"木星的第一颗卫星"等诸如此类的称号。直到20世纪,这些名称才被广泛使用。由于伽利略是人类第一个发现木星的四颗卫星,后来的人们就把木星的四颗卫星称为伽利略卫星。它们是不以地球为中心运转的第一个发现,也是赞同哥白尼的日心说的有关行星运动的主要依据。这四个卫星可以用低功率望远镜来观测,如果没有光害,且环境极好,甚至可用肉眼勉强看到木卫四。
  木星卫星的卫星多达63颗,其中木卫一、木卫二、木卫三和木卫四是四颗最大的卫星,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"称呼这四颗木星的大卫星。
  木星的四颗较大卫星即木卫一、木卫二、木卫三、木卫四,它们的轨道呈圆形,其轨道平面几乎都和木星的赤道面重合,自转周期和绕木星转动的周期相同,是太阳系内四个较大的卫星。这些卫星的发现对于日心体系的确立起了历史性的作用。十七世纪七十年代,丹麦天文学家罗默正是通过伽利略卫星被木星掩食的现象第一次测出了光的传播速度。十七世纪以来,对伽利略卫星的研究取得了许多成果。
  木卫一是木星四颗伽利略卫星中最靠内侧的一颗,公转轨道距离木星422,000公里,其直径约3630公里,除了地球之外,木卫一是太阳系中唯一一颗被证实存在频繁火山活动的星球。由于木卫一的引力较弱,大型爆发事件产生的碎屑喷发物会上升到很高的位置上。
  进入20世纪中后期到21世纪,人类的航天科学进入宇宙探测的新阶段,人类向月球、火星以及太阳系的众多行星和卫星发射了大量的探测器,众多星球的秘密被人类揭开,其中木卫一也成为人类瞄准的一个移民空间站。
  从大量的探测资料看来,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孑然不同,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,这些物质究竟是什么呢?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。
  木卫一是木星的卫星,它与月球相似,呈现一种淡红的颜色。同木星的另两颗卫星木卫三和木卫四不同,它的表面没有冰,而是布满了环形山。从宇宙探测器“旅行者”1号拍到的木卫一的照片看,它的表面有大块的黄、橙、白、黑色块,构成了一种“病态”的外貌,而且表面没有陨星碰撞的陨坑。它是一个年轻的星体。研究者还从其地貌上辨认出了火山活动的痕迹。“旅行者”1号不断传送回拍摄到的照片。当研究小组的一位工程师用计算机处理木卫一的边缘图片时,突然发现有火山喷发迹象。木卫一上的火山喷发比起地球上的火山喷发要剧烈得多,后者的喷发速度最高也就是每秒50米,而木卫一上的火山的喷发速度则高达每秒1千米以上!再加上木卫一的引力又比较小,因此它的火山喷发物可喷到280千米的高空,有些喷发物甚至会进入太空。
  木卫一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孑然不同,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。
  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。
  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,木卫二的公转周期是木卫三的两倍。
  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(100米的大潮!),并在复原扭曲的循环中产生能量。(月亮并不是由这种方式被地球加热,因为它缺少另一个星体扰乱它。)
  早在500多年以前的20世纪后期,人类就向木星发射了多颗探测器,用以探测木星及其几颗卫星是不是有生物存在,是不是有向这些星球移民的可能,先驱者号是向木卫一发射的第一颗探测器。通过木卫一附近的第一艘航天器是先驱者10号和先驱者11号这一对孪生的航天器,分别在1973年12月3日和1974年12月2日以无线电追踪提供了木卫一质量的改善估计值、与木卫一尺寸的最佳值。认为木卫一是四颗木星卫星中密度最高的,主要是由硅酸盐的岩石组成,而不是水冰组成的。先驱者号也披露了木卫一有稀薄的大气层,轨道附近有强烈的辐射传送带。先驱者11号的照相机获得的唯一一张好的照片,显示了木卫一的北极地区。先驱者10号原先计划在近距离的接近木卫一时拍摄照片,但是这项观测因为高辐射的环境而没有成功。
  当另一对航天器旅行者1号和旅行者2号在1979年掠过木卫一,它们更为先进的影像系统可以获得更好的影像。旅行者1号在1979年3月5日从20,600公里外飞掠过木卫一,它传回在接近的影像显露很奇怪,它多彩多姿却没有撞击坑。分辨率最高的影像显示出相对年轻的表面点缀着奇形怪状的凹坑,山比艾佛勒斯峰还要高,还有类似熔岩流的特征。
  旅行者1号和旅行者2号在短暂的相遇之后,旅行者工程师琳达·蒙娜碧朵注意到在一张影像中有一个流束从表面放射出来。分析旅行者1号拍摄的其他影像后,总共找到9张有这种流束的照片,证实了木卫一有活跃的火山活动.
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