科学家通过哈勃和韦伯望远镜探索木卫一火山之谜

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这项新的科学活动将检查木星周围环境中各种特征的概念图像，包括其巨大的磁场，以及木卫一的中性云和等离子体圆环。资料来源：西南研究所/约翰斯宾塞

有史以来最强大的两架太空望远镜，美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和哈勃太空望远镜，即将收集有关整个太阳系中火山最多的天体，木星的第一个伽利略卫星木卫一的数据。

这些数据将与美国宇航局朱诺号航天器即将飞越木卫一结合使用，该航天器目前正在调查木星系统，并计划在今年晚些时候和2024年初进行这些飞越。用这两个强大的望远镜和一个轨道航天器检查这颗小型火山卫星的目的是让科学家更好地了解木卫一逃逸的大气层如何与木星周围的磁性和等离子体环境相互作用。

“这个项目的时机至关重要，”西南研究所（SwRI）的研究员兼这项精心设计的科学活动的首席研究员Kurt Retherford博士说。“在接下来的一年里，朱诺号将多次飞过木卫一，为结合这个复杂系统的原位和远程观测提供了难得的机会。我们希望对木卫一戏剧性的火山活动，等离子体 - 卫星相互作用以及中性气体和等离子体种群获得新的见解，这些气体和等离子体种群在木星巨大的磁层中传播并引发强烈的木星极光发射。

请求哈勃望远镜的观测时间是通过美国宇航局的哈勃太空望远镜观测计划完成的，并根据哈勃将被要求完成地球的轨道数量进行分配，以进行科学运动以完成其研究，每个轨道大约需要90分钟。通常，大型观测项目需要75个或更多的轨道。这不是哈勃第一次研究木星，因为它在研究太阳系中最大的行星方面有着悠久的历史。

在这次活动中，雷瑟福博士和他的团队将使用哈勃绕地球的122个轨道来收集木卫一的数据，总时间为183个观测小时，或超过木星周围4.25个完整的木卫一轨道，每个轨道大约需要42.5小时。此外，JWST将在4.8小时内收集木卫一的数据，或略高于木星周围一个完整木卫一轨道的10%。

木星的巨大磁场由一个巨大的带电粒子气泡组成，该气泡环绕并围绕太阳系中最大的行星旋转，其中主要由木卫一逃逸的大气层组成。对科学家来说，埃欧的大气层、表面挥发物、火山喷发、埃欧延伸的中性云、木星的电离层和木卫一等离子体环面（IPT）之间的相互作用仍然是个谜，特别是如何测量和更深入地了解它。IPT是一个环绕木星的甜甜圈形状的云，是由木卫一逃逸的气体被电离产生的。

“这些物质中的大多数实际上并没有直接从火山中逸出，而是与木卫一日侧表面二氧化硫霜的升华有关，”加州理工学院行星科学和天文学助理教授Katherine de Kleer博士说，JWST数据分析专家，也是这项活动的几位共同调查员之一。“埃欧大气层和周围等离子体之间的相互作用为月球冰冻表面释放的气体提供了逃逸机制。

在2016年7月抵达木星后，朱诺号的主要科学任务是研究木星，包括木星的内部、极光和大质量磁层。朱诺号的扩展任务始于 2021 年 8 月，预计将持续到 2025 年 9 月，并已用于飞越木星的伽利略卫星、木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。对于木卫一来说，朱诺已经在2022年和今年早些时候进行了飞越，这项新活动的进一步近距离飞越计划于2023年12月30日、2024年2月1日和2024年9月20日进行。

木星卫星木卫一的朱诺号航天器的红外图像，拍摄于 2022 年 7 月 5 日，具有火山特征的热点。图片来源：NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute/ASI/INAF/JIRAM

“自从1999 - 2000年的一系列伽利略航天器飞越哈勃望远镜支持多产的30轨道运动以来，没有机会对木卫一研究采取整体方法，”雷瑟福德博士说。“朱诺号密集的原位测量与我们的遥感观测相结合，无疑将促进我们对木卫一在驱动木星系统中耦合现象中的作用的理解。

如前所述，木卫一是整个太阳系中火山活动最活跃的天体，拥有数百座火山，将熔岩排放到数十公里（或英里）的太空中。它的火山活动是潮汐加热的结果，因为小卫星被更大的木星以及两个外卫星欧罗巴和木卫三压缩和拉伸。埃欧的火山活动是在1979年美国宇航局旅行者1号抵达之前首次预测的，它证实了这一活动，并成像了地球外活跃火山活动的最初迹象。

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原标题：《科学家通过哈勃和韦伯望远镜探索木卫一火山之谜》

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