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木衛二(又名:歐羅巴;英文:Europa,IPA: [juˈroʊpə];希臘文:Ευρώπη),木星的天然衛星之一,由伽利略於1610年發現(不久之後又被西門·馬里烏斯(Simon Marius)獨立發現),是四顆伽利略衛星中最小的一顆。在已知的63顆木星衛星中,木衛二是直徑和質量第四大,公轉軌道距離木星第六近的一顆。

1 木衛二 - 簡介

歐羅巴(木衛二)直徑3100公里,在它巨大的冰層之下有一個巨大的海洋,裡面或生活著地外生命。歐羅巴(木衛二)直徑3100公里,在它巨大的冰層之下有一個巨大的海洋,裡面或生活著地外生命。

木衛二又名歐羅巴,在已知的63顆木星衛星中,木衛二是直徑和質量第四大,其直徑略小於月球。木衛二距離木星670 900千米,距離木星排位第六,因發現時間早於木星的其他四顆內側衛星而編號木衛二,此後仍然承襲了這編號名。1610年,義大利著名的天文學家伽利略和馬里烏斯首次望見了它的身影。

木衛二體積與地球的衛星月球差不多(木星的體積則是地球的300倍)。與木星的其他衛星相比,木衛二的構造更像是一顆類似於地球的行星,主要由硅酸鹽岩石組成。這顆星球的表面非常平坦,只零星地分散著幾個數百米高的小山丘狀地形。其最醒目的外觀是遍布全球的一串串十字條紋。1994年哈勃望遠鏡的Goddard高解釋度光譜儀觀測到,木衛二的表面包裹著一層主要由氧構成的極其稀薄的大氣。只是,與地球不同,木衛二大氣中的氧,不是來源於生物的新陳代謝。

2 木衛二 -名稱由來

歐羅巴是希臘神話中的一位美麗的腓尼基公主,其他三顆伽利略衛星也被馬里烏斯以希臘神話人物分別命名為愛莪(Io,木衛一)、蓋尼米德(Ganymede,木衛三)和卡利斯托(Callisto,木衛四),這四個人物皆以俊美著稱。但是在20世紀中葉以前,相當長的一段時期內,這一套命名並未被天文學家所認可。早期的文獻中多以位置編號將「歐羅巴」稱作「木衛二」。1892年發現了木衛五,比之前已知的所有木星衛星都更靠內。1979年旅行者號探測器又發現了三顆內側衛星,至此,「歐羅巴」的位置排到了第六。儘管如此,編號名仍然承襲下來,並偶有使用,中文因對音等問題,亦通行以「木衛二」指稱「Europa」。

木衛二(Europa):<希臘神話>腓尼基(Phoenicia)公主歐羅巴(Europa),阿革諾耳(Agenor)的女兒。大神宙斯(Zeus)化作一頭公牛將其劫至克里特島(Crete),並與她生下了三個兒子:彌諾斯(Minos)、拉達曼堤斯(Rhadamanthys)和薩耳珀冬(Sarpedon)。  

3 木衛二 -介紹

內部結構
(圖)木衛二內部木衛二內部

木衛二的主體構成與類地行星相似,即主要由硅酸鹽岩石構成。它的表面由水覆蓋,據推測厚可達上百千米(上層為凍結的冰殼,冰殼下是液態的海洋),1995到2003年期間環繞木星進行科學考查的伽利略號飛船所採集到的磁場數據表明,木衛二在木星磁場的影響下自身能夠產生一個感應磁場,這一發現暗示著,其表層內部很可能存在與鹹水海洋相似的傳導層。木衛二可能還有一個金屬性的鐵核。

表面特徵
(圖)伽利略號飛船拍攝的接近真實色彩的木衛二照片伽利略號飛船拍攝的接近真實色彩的木衛二照片

木衛二的表面大體光滑,很少有超過幾百米的起伏,不過在某些地區也可以觀測到接近一公里的落差。木衛二是太陽系中最光滑的天體。它那些顯眼的縱橫交錯的紋路,也就是所謂的返照特色(albedo feature),是由低淺的地形所造成。由於撞擊坑非常少,木衛二是返照率最高的衛星之一。這也暗示了它的表面是相當「年青」和「活躍」的;基於對木衛二可能經受的彗星撞擊頻度的估算,它的「表面」年齡大概在2千萬到1億八千萬年之間。(the geological features of the surface clearly show a variety of ages)。

木衛二表面最突出的特徵就是那些張牙舞爪地布滿整個星球的暗色條紋。近距離觀測表明,條紋兩側的板塊有相向移動的現象。大一點的條紋橫向跨度可達20公里,可以觀察到這些寬條紋的深色部分和板塊外緣有模糊過渡。規則的紋路,以及寬條紋夾有淺色的細紋,這些形態很可能是由表層冰殼開裂較溫暖的下層物質暴露而引起的冰火山噴發或間歇泉所造成。這與在地球上的海脊有著相似的效果。據推想,大部分的裂痕是由木星所施加的強大的潮汐壓力所造成;由於木衛二已被潮汐鎖定,它總是保持一個方向對著木星,固定的壓力模式應該可以形成特定的可預測的破例式樣。然而在木衛二表面上只有新近出現的裂痕才符合預測的式樣,其他的裂痕可以向各個方向延伸,年代越久遠的就越是如此。一個較合邏輯的解釋是,木衛二其表層的自轉速度要略快於其內部,冰面下的海洋將外殼與更下層的地幔分隔開,冰殼在木星的重力牽扯下被撕裂。對比旅行者號和伽利略號拍攝的照片可測算出,大約每10,000年木衛二的外殼會比其內部多自轉一周。

木衛二另一個顯著的特徵就是遍布四野的或大或小或圓或橢的暗斑,拉丁文作lenticulae,義為「雀斑」。這些暗斑有的突起如穹有的凹陷如坑有的平坦如鏡,也有的紋理紛糅粗糙。突起的小丘多頂部平整,顯見著原本是與周遭的平原一體,受推擠上抬而形成。據推想,暗斑的形成是下層溫度較高的「暖冰」在透刺(diapir)作用下向上涌升而穿透表層的「寒冰」所致,其運動機理與(地球)地殼內部的熔岩窨(magma chamber)相似。光滑的暗斑是「暖冰」衝破錶殼時有融水滲出所造成,那些粗糙雜錯的斑痕(又被稱作「混亂」(chaos)區域,如Conamara混亂地帶)是由大量細小的錶殼碎片鑲嵌在暗色的圓丘中所構成,就像是極地海洋中漂浮的冰山(地球)。

冰下海洋

木衛二的表面溫度在赤道地區平均為110K(-163 °C),兩極更低,只有50K(-223 °C),所以表面的水是永久凍結的。但是潮汐力所提供的熱能可能會使表面冰層以下的水保持液態。這個猜想最初由針對潮汐熱的一系列推測所引發(略為偏心的軌道和木衛二與其他伽利略衛星之間的軌道共振所產生的後果)。伽利略計劃的讀圖團隊在對伽利略號和旅行者號所拍攝的圖像分析之後推測木衛二的地形特徵意味著冰下海洋的存在。有學者將木衛二表面極富特色的混亂地帶解釋為下層海水滲出地表而造成。但是這一解釋爭議極大,多數對木衛二進行研究的地質學家更傾向於支持一個被稱作「厚冰」模型的理論,他們認為即便存在這樣的海洋,也幾乎不可能對錶面造成直接的影響。對冰殼厚度的估算也存在相當大的分歧,有認為是幾千米的,也有認為是數十千米的。

(圖)Pwyll: 歐羅巴衛星(木衛二)上的冰隕石坑 Pwyll: 歐羅巴衛星(木衛二)上的冰隕石坑

木衛二表面為數不多的幾個大形的撞擊坑就是支持「厚冰」模型的最佳證據。最大的一個撞擊坑被若干同心圓圈所環繞,坑內被新鮮的冰填充得相當平整。以此為基礎再結合對潮汐力所生成的熱能的估算,所推測出冰殼厚度在10到30千米之間,這就意味著冰下的海洋可能深達100千米。

伽利略號軌道飛行器還觀測到,木衛二在通過木星巨大的磁場時自身會產生一個強度呈周期性變化的弱磁場(其強度與木衛四接近,約為木衛三磁場的四分之一)。有猜測認為,冰下鹹水海洋中的極性離子是該磁場的成因。 另有光譜分析的證據表明,木衛二表面裂痕中微顯淡紅色的物質有可能是從冰下滲出的海水揮發后沉積下來的鹽(比如硫酸鎂)。硫化氫也是這一現象的一個合理的解釋。但是,由於這兩種物質的純凈物都是無色或白色的,別的一些物質也被用於解釋淡紅色的成因,比如含有硫磺的混合物等。

大氣

1994年哈勃空間望遠鏡的Goddard高解釋度光譜儀觀測到,木衛二的表面包裹著一層主要由氧構成的極其稀薄的大氣(1地表氣壓約1微帕)。在已知的太陽系的所有衛星當中只有七顆具有大氣層(其他六星為木衛一、木衛四、 土衛二、 木衛三、 土衛六 和 海衛一)與地球不同,木衛二大氣中的氧是非生物來源的。很可能是帶電粒子的撞擊和陽光中的紫外線的照射使木衛二表面冰層中部分水分子分解成氧和氫,氫因原子量低而逃逸,原子量相對較高的氧則被保留下來。

溫度

天文學家認為它表面覆蓋著水冰(溫度達零下300華氏度,即零下184攝氏度),地表下可能存在由液體水構成的汪洋大海。它表面的冰可能很適合滑冰,因為它是太陽系裡表面最光滑的天體,木衛二上有一些裂縫,但是沒有隕石坑。然而,儘管木衛二由冰層包裹,而且表面溫度很低,但是一些科學家認為,來自它內部的熱量和木星的潮汐引力,足以使木衛二上的海洋水溫滿足生命生存的需要。

4 木衛二 -對木衛二的探索

由旅行者2號所拍攝的木衛二高解析度圖片,圖片顯示木衛二有著光滑的表面,只有三個隕石坑的直徑超過5公里。由旅行者2號所拍攝的木衛二高解析度圖片,圖片顯示木衛二有著光滑的表面,只有三個隕石坑的直徑超過5公里。

早在1979年,旅行者1號和2號探測木星時就發現,木衛二像個冰與奶油巧克力混合的大球體,表面上分佈著彎曲條紋。科學家們分析研究木衛二的照片和探測資料后提出,該衛星表面覆蓋著5000米厚的冰層,冰層下面可能有一個深達50千米的海洋。

從1996年伽利略號在距離木衛二16萬千米處拍攝的照片上看,這顆星球呈現出冰殼狀,表面裂縫交錯,像地球兩極的浮冰,說明冰層曾受到巨力的作用。科學家們研究后認為,這種力是由木衛二和木星及其他三顆伽利略衛星之間的引力形成的潮汐力,其作用不僅形成木衛二的表面特徵,還使其內部的水以液態存在。

1996年末伽利略號從距離木衛二688千米處經過時拍攝的照片顯示,木衛二表面有水流存在。科學家們說,這種現象表明木衛二內核很熱,大量熱能從火山口或熱泉眼噴發出來,導致表面部分冰層融化。

1997年1月,伽利略號用磁強計對木衛二的磁場進行的探測顯示,木衛二隻能有一個內磁場才能解釋獲得的結果。這個內在導電層的導電率必須和含鹽海水一樣強。由此科學家們再次得出木衛二上可能有海洋的推論。同時,發回的新照片表明,木衛二表面裂縫位置發生了變化,說明很可能是表層下的海洋流動造成的。

1997年2月,伽利略號從距離木衛二586千米處飛過時拍攝的照片顯示,木衛二表面最大的冰山寬達13千米,高為100~200米。美國科學家史蒂文等人認為,由於木星對木衛二內核的引力作用,使其冰幔下面的水保持液體狀態,成為深達幾千米的海洋。1998年12月伽利略號拍攝的照片顯示,木衛二南部有一條長達800米的裂縫。

2000年1月,伽利略號從距離木衛二351千米處掠過時發現,木衛二地磁北極點位置頻繁移動。科學家們認為,這是木衛二含鹽海洋在冰層下流動形成電磁場引發的結果。

科學家們依據旅行者2號和伽利略號獲取的資料,於2007年繪製出的首張木衛二全球地質構造圖揭示,其表面地質構造比較年輕且富於變化。

2008年,科學家們發現,木衛二極地旋轉軸偏移了80多度。這樣的極端變化表明木衛二表面冰殼厚度不一致,在其下面有廣闊的海洋。科學家們還用多種航天器獲得的照片,繪製了木衛二表面直徑達500千米以上的大型弧狀盆地圖像。經綜合分析研究,科學家們認為,木衛二內部有一個金屬核,核外是石質的殼,殼外是液態水海洋,海洋表面是冰層。

2011年11月16日,美國航天局研究人員分析「伽利略」號探測器發回的數據后發現,木衛二的冰封表面下可能存在大量液態水,水量與北美洲的五大湖相當,這顆衛星可能適宜生命存在。

5 木衛二 -或存在巨型液態水海洋與另類生命

木衛二也被稱為歐羅巴,是一顆耐人尋味的星球,生物學家認為木衛二可能是太陽系中除了地球以外最有可能存在生命的天體之一,直徑為1900英里,大約為3100公里。科學家認為在木衛二的冰冷的表層冰殼下方存在巨大的液態水海洋,而且海洋深度很有可能直接與木衛二的岩石地幔接觸,如果這一推測被證實,那麼意味著木衛二深處存在各種各樣有趣的化學反應。來自太陽光照和潮汐力的作用,使得木衛二具備了加熱內部物質的能量,可能擁有充足的能量來啟動與生命有關的化學反應,而能量則是生命存在的另一個關鍵要求。

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