天文学家第一次看到木卫一火山喷出的缕缕二氧化硫

天文学家第一次看到了木卫一从火山喷出的有毒火山气体羽状物的明确证据，木星卫星的最新无线电图像终于为长期存在的有关其大气的问题提供了一些答案。

木卫一是太阳系中火山最多的地方，400多座活火山散布在它的表面，这是内部压力的表现，因为它不仅受到木星的引力牵引，还受到木星另外三颗伽利略卫星的引力牵引，木卫一稀薄的大气和表面主要由从内部喷出的二氧化硫，它以气体的形式通过火山裂口喷射出来，在夜晚冷却下来，然后在地面上停留，使月亮呈现出病态的黄色和橙色。

但是，究竟有多少气体直接来自火山，又有多少来自在阳光下重新加热的冰冻表面的二氧化硫？这很难量化，加州大学伯克利分校的天文学家Imke de Pater说：“目前还不知道是什么能量驱动了木卫一的大气动力学。”是火山活动，还是伊奥在阳光下从冰面表面升华出来的气体？我们表明的是，火山对大气确实有很大的影响。”研究人员终于找到了一些答案，与此同时，他们已经能够探测到卫星上火山喷出的二氧化硫羽状物。

作为一个火山气体不断喷发的世界，木卫一的大气出奇地稀薄；其中大部分气体通过与木星及其磁场的复杂相互作用逃逸，速度约为每秒1公吨，形成一个巨大的环形等离子体，称为木卫一(Io)等离子体环面，环绕木星运行。

剩下的大气层可以揭示月球内部的地质过程，这反过来可以帮助我们了解太阳系以外的一些行星的动态，如果我们准确地知道相互竞争的引力对木卫一的影响，以及为什么这些影响不会对其他天体产生同样的影响，我们就可以对引力如何影响太远而看不清楚的系外行星做出更有根据的推断。

因此，天文学家们利用智利的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)，在射电波长下近距离观察木卫一进出木星阴影时的情况，这是一次木星日食，他们发现的第一件事是二氧化硫并不存在于木卫一的大气中，在晚上，温度下降到二氧化硫的冰点以下，当火星表面再次出现在阳光下时，凝固的二氧化硫会在大约10分钟内升华回大气中，这比预期的要快得多，这种奇怪的现象被证明是研究火山大气作用的完美工具。

哥伦比亚大学的天文学家斯塔提亚·卢兹克-库克解释说：“当木卫一进入木星的阴影时，由于没有阳光直射，那里的温度对于二氧化硫气体来说太冷了，所以二氧化硫气体会凝结在木卫一的表面。”

“在此期间，我们只能看到来自火山的二氧化硫，因此，我们可以确切地看到有多少大气受到了火山活动的影响，”在ALMA的图像中，研究小组第一次能够清晰地识别出来自火山源的二氧化硫和一氧化碳羽状流的证据，在没有二氧化硫或一氧化碳的火山地区，他们看到了别的东西——氯化钾，另一种火山气体。

这表明，不同的火山正在利用不同的岩浆库，这表明在木卫一表面之下存在一些复杂的岩浆地道。

由伽利略号太空船拍摄的Io的真彩色图像。美国航天局/喷气推进实验室/亚利桑那大学

通过这些图像，研究小组能够计算出火山对木卫一大气的贡献，大约30%到50%的二氧化硫直接来自火山，显然，未来的工作将有助于缩小范围，研究小组说，他们研究的下一步是尝试测量木卫一的大气温度，特别是在低海拔地区，这将更具挑战性，但并非不可能。

“为了测量木卫一的大气温度，我们需要在观测中获得更高的分辨率，这就需要我们对月球进行更长时间的观测，我们只能在木卫一被阳光照射下的时候做到这一点，因为它不会在日蚀中花费太多的时间”de Pater说，“在这样的观测过程中，木卫一将旋转数十度，我们之前已经用ALMA和超大阵列传回了木星的无线电图像。”

这项研究发表在两篇论文中，一篇发表在《行星科学杂志》上，并上传到arXiv。

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