朱诺号微波辐射计揭示木卫一火山壳层下的地下热源
NASA朱诺号探测器首次测量了木卫一地表以下的温度。木卫一是木星内侧的伽利略卫星，也是太阳系中火山活动最活跃的天体。这些数据在两次近距离飞掠期间采集，并于2026年7月22日发表在《地球物理研究杂志：行星》上。数据揭示，在卫星地壳表层数米内，温度升高超过20摄氏度，并且其表面在广袤区域上出乎意料地平坦和多孔。
这一发现来自朱诺号的微波辐射计（MWR），该仪器配备六根天线，可同时探测波长从1.3厘米到51厘米的微波信号。MWR最初设计用于穿透木星厚重的云层，但在朱诺号延展任务期间，被用于观测木星的三颗伽利略卫星：木卫三、木卫二和木卫一。在木卫三和木卫二上，该仪器探测了冰层下数十英里的深处，但能够观测到木卫一火山岩层内部则是一个意外的收获。
在2023年12月30日和2024年2月3日的两次飞掠中，朱诺号在距离木卫一表面约1500公里（930英里）的高度掠过。MWR测量了从数厘米到数米深度范围内向上辐射的热辐射。由于不同波长的微波穿透深度各不相同，六个通道共同构成了浅层地下的垂直温度剖面。
指向内部加热的温度梯度
MWR数据显示，在所有采样纬度上，最低频通道均存在较大的谱斜率，表明上层数米内存在显著的内源加热。相对于地表温度，温度升高超过20摄氏度，这一梯度过于陡峭，无法用阳光加热一个无大气世界来解释。
由NASA喷气推进实验室的Shannon Brown领导的研究团队，采用两种简单模型来解释观测到的微波频谱。在第一种模型下，热量通过传导性的近地表层稳定上升，产生每平方米1至3瓦的背景热流。虽然在单一地点较为微弱，大约相当于每平方码地面上一盏小夜灯的功率，但将这一热流整合到木卫一整个表面，其热量释放可达地球全球平均值的30倍。
第二种模型认为，信号来自埋藏在冷却地壳下的相对新鲜的熔岩流或热喷口。在这一场景中，炽热物质位于地表下约10米（33英尺）处，在任何给定时间覆盖木卫一约10%的区域。这些熔岩的年龄不超过五年，表明卫星表面存在一个喷发、掩埋和冷却的持续循环。
仅凭MWR数据无法区分这两种情景，且二者可能同时在木卫一的不同区域起作用。
浮石与火山灰般的表面
除了温度剖面，MWR观测还揭示了木卫一表面本身的意外特性。该卫星以镜面般的方式反射微波，表明尽管其可见地形存在高山和火山口，但在100公里尺度上表面异常平坦。Brown指出，在远离山脉的区域，木卫一表面更像北美大平原，而非崎岖的火山世界。
微波数据还限定了表面材料的介电常数，其值在2至4之间。这对应于地表上层10厘米的密度为每立方厘米0.7至1.1克。作为对比，固体火山岩的密度约为每立方厘米2.5至3克。低密度表明木卫一表面由高度多孔、破碎的物质组成，更类似于浮石或松散的火山灰，而非坚硬的岩石。
这一多孔表层很可能是由持续降落的火山喷发物覆盖木卫一所致。由于表面有数百座活火山，卫星不断被喷发沉积的松散空降物质重新覆盖。
潮汐加热与更广阔的视野
木卫一的剧烈火山活动由潮汐加热驱动。当木卫一绕木星运行时，木星巨大的引力拉伸和压缩该卫星，而邻近木卫二和木卫三的引力牵引使其轨道保持略微椭圆。这种持续的挤压产生了巨大的内部摩擦，释放的热量远超同等大小的卫星仅凭放射性衰变所能提供的能量。
朱诺号的观测结果为潮汐热如何在岩石地壳中传输提供了新的观测窗口。此前，科学家只能通过红外测量或直接观测喷发来观察木卫一表面散逸的热量。MWR数据显示了热量在浅层地下储存和传输的位置，使研究人员能够描述潮汐能量如何从内部流向表面。
这一技术的影响超出了木卫一的范围。驱动木卫一火山活动的相同潮汐力，也在维持木卫二和土卫二的地下液态水海洋。了解潮汐加热如何在不同类型的地壳（木卫一的岩石地壳和木卫二的冰质地壳）中分配能量，有助于行星科学家建立更好的模型来理解这些卫星作为系统如何运作。西南研究院的朱诺号首席研究员Scott Bolton指出，微波辐射测量技术能够观测岩石卫星地表以下的情况，对研究地球火山也具有重要意义。
该论文由Shannon Brown、Virgil Adumitroaie、Scott Bolton、Anton Ermakov、冯建庆、Steven Levin、Matthew Siegler和Zhimeng Zhang撰写，作者单位包括喷气推进实验室、加州理工学院、西南研究院、斯坦福大学、行星科学研究所和夏威夷大学。朱诺号于2011年8月作为NASA新前沿计划的一部分发射，2016年7月6日进入木星轨道，并于2026年7月5日完成其第85次近木点飞掠。
婷 翻译