通过哈勃和韦伯望远镜探索木卫一的火山活动

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这个新的科学活动将检查木星周围环境中各种特征的概念图，包括其巨大的磁场，以及木卫一的中性云和等离子体环。鸣谢:西南研究院/约翰·斯班瑟

（）据《今日宇宙》（劳伦斯·托格内蒂）：有史以来最强大的两台太空望远镜，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，即将收集关于整个太阳系中火山最多的天体，木星的第一颗伽利略卫星木卫一的数据。

这些数据将与美国宇航局的朱诺飞船即将进行的木卫一飞越结合使用，朱诺飞船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个小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如何与木星周围的磁场和等离子体环境相互作用。

“这个项目的时机非常关键，”Kurt Retherford博士说，他是西南研究所(SwRI)的研究员，也是这场精心策划的科学运动的首席研究员。“在接下来的一年中，朱诺将数次掠过木卫一，为结合对这一复杂系统的现场和远程观测提供了难得的机会。我们希望获得对木卫一剧烈火山活动、等离子体-月球相互作用以及中性气体和等离子体种群的新见解，这些物质通过木星巨大的磁气圈传播并引发强烈的木星极光发射。”

请求哈勃上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，并根据哈勃为完成其研究的科学活动而需要完成的绕地球轨道数进行分配，每个轨道大约需要90分钟。通常，大型观测项目需要75或更多的轨道。这将不是哈勃第一次检查木星，因为它有研究太阳系最大行星的广泛历史。

在这次活动中，雷瑟福德博士和他的团队将使用哈勃围绕地球的122个轨道来收集木卫一的数据，总时间为183个观测小时，或略多于木卫一围绕木星的4.25个完整轨道，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，这一时间刚好超过木卫一绕木星一周的10%。

木星的巨大磁场由一个巨大的带电粒子气泡组成，它围绕着太阳系中最大的行星旋转，其中主要由木卫一逃逸的大气组成。对于科学家来说，木卫一的大气、表面挥发物、火山爆发、木卫一的扩展中性云、木星的电离层和木卫一等离子体环(IPT)之间的相互作用仍然是一个谜，特别是如何测量和获得对它的更大见解。IPT是环绕木星的环形云，由木卫一逸出的电离气体产生。

“这些物质中的大部分实际上并没有直接从火山中逃逸出来，而是与木卫一日侧表面的二氧化硫霜的升华有关，”凯瑟琳·德·克勒尔博士说，她是加州理工学院行星科学和天文学的助理教授，JWST数据分析专家，也是这次活动的几位合作研究者之一。“木卫一大气和周围等离子体之间的相互作用为从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，朱诺号将其主要科学任务用于研究木星，包括其内部，极光和巨大的磁气圈。朱诺的扩展任务始于2021年8月，预计将持续到2025年9月，并已被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，Juno已经在2022年和今年早些时候进行了多次飞越，这次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。



木星的卫星木卫一朱诺号的红外图像，拍摄于2022年7月5日，显示的热点是火山特征。鸣谢:美国宇航局/JPL加州理工学院/西南研究所/意大利航天局/INAF/JIRAM

“自从1999-2000年的一系列伽利略飞船飞越得到了哈勃多产的30轨道活动的支持以来，就没有机会对木卫一进行全面的调查，”雷瑟福德博士说。“朱诺的密集原位测量与我们的遥感观测相结合，无疑将加深我们对木卫一在驱动木星系统中耦合现象方面的作用的理解。”

如上所述，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，将熔岩喷入数十公里(或数英里)的太空。它的火山活动是潮汐加热的结果，因为小卫星被质量大得多的木星以及两个外层卫星木卫二和木卫三压缩和拉伸。1979年，就在美国宇航局的旅行者1号到达之前，木卫一的火山活动首次得到预测，旅行者1号证实了这一活动，并拍摄了地球以外活跃火山活动的第一批迹象。