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地下岩浆海洋可以解释Io'错位'的火山

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潮汐流在熔岩或岩浆的地下海洋可以解释为什么木星的月亮Io似乎有它的火山在“错误”的地方。新的美国宇航局的研究表明,海平面以下的潮汐压力的月亮可能会更常见,持续的时间比预期的要长。这种现象适用于由岩浆或水所制成的海洋,可能增加宇宙其他地方生命的可能性。

来自新视野航天器的五帧图像序列捕捉到Io的Tvashtar火山的巨型羽流。美国宇航局/ JHU应用物理实验室/西南研究所

“这是第一次详细研究了Io地下岩浆海洋的流体潮产生的热量和分布,”Robert Tyler马里兰大学,学院公园和美国宇航局戈达德太空飞行中心在马里兰州的绿地。 “我们发现,我们的流体潮模型预测的潮汐加热模式能够产生在Io上实际观测到的地表热模式。”Tyler是2015年6月发表在“天体物理学杂志”上的一篇论文的主要作者系列。

Io是太阳系中最具火山活跃的世界,有数百个喷发火山的喷泉喷射高达250英里(约400公里)的熔岩。强烈的地质活动是由木星的大规模引力与其他较小但精确计时的引力之间的引力引起的热量引起的,这些引力来自木星的邻近月球欧罗巴,与木星的距离更远。我更快的轨道,完成两个轨道每次欧罗巴完成一个。这个正常的时间意味着Io在相同的轨道位置感受到来自其邻居的最强的引力拉动,这将Io的轨道扭曲成椭圆形。这个修改后的轨道使得Io在木星周围移动时发生弯曲,从而导致Io内的物质移动位置并通过摩擦产生热量,就像摩擦双手一起轻快地使它们变暖一样。

这是Io和Europa 2007年3月2日拍摄的新地平线飞船的复合图像。这里Io在顶部有三个可见的火山喷发。 Tvashtar火山上的300公里高的羽流位于Io盘面的11点钟位置,Io盘面9点钟位置的火山普罗米修斯火山的羽流较小,他们之间的火山Amirani沿着划分日夜的线路。
学分:NASA / JHU应用物理实验室/西南研究所

先前有关这种热量如何产生的理论,把月亮当作固体但可变形的物体,有点像粘土。然而,当科学家们使用这个假设将计算机模型与Io上的实际火山位置地图相比较时,他们发现大部分火山与模型预测应该产生最强烈热量的东部相距30到60度。

这个模式太一致了,把它写成一个简单的异常,例如岩浆沿对角线流经裂缝和附近爆发。马里兰大学的韦德·亨宁和美国航空航天局的戈达德说:“很难解释我们在这么多的火山中看到的规则模式,都沿相同的方向转移,只使用我们的经典固体潮汐加热模型。的论文。

Io错位火山的奥秘呼吁提供一个不同的解释 - 一个与流体流动产生的热量和固体潮中的热量之间的相互作用有关的解释。亚利桑那大学图森分校的克里斯托弗·汉密尔顿(Christopher Hamilton)说:“流体 - 尤其是粘性(或粘性)流体 - 可以通过摩擦耗散能量产生热量。该团队认为,大部分的海洋层可能是部分熔融的泥浆或基质,混合了熔融岩石和固体岩石。由于熔岩在重力作用下流动,可能会与周围的固体岩石发生漩涡和摩擦,产生热量。汉密尔顿说:“这一过程对于层厚度和粘度的某些组合可能是非常有效的,可以产生共振,从而提高产热量。

团队 认为流体和固体潮汐加热效应的组合可以最好地解释在Io上观察到的所有火山活动。 “混合模式的流体潮汐加热部分最能解释火山活动的赤道偏好和火山浓度的东移,而深部地幔同时发生的固体潮汐加热可以解释高纬度地区火山的存在。亨宁。 “固体和潮汐潮汐活动都会产生有利于彼此存在的条件,因此以前的研究可能只是Io的一半。”

这项新的研究也为寻找外星生命带来了影响。在欧洲和土星卫星土卫二(Enceladus)等外太阳系中,某些潮汐强迫卫星会在其结冰的地壳下面留下液态水的海洋。科学家认为,如果有其他必要的关键成分,如化学上可用的能源和原材料,并且它们已经存在足够长的时间来形成,生命就可能源于这样的海洋。这项新的研究表明,无论是由水还是由其他液体组成的这种海底海洋,在我们的太阳系内外都将比我们预期的更为常见和持续时间更长。

就像在秋千上精确定时推动会使它变得更高一样,海洋可以陷入共振状态,有时会通过潮汐流动产生大量的热量。汉密尔顿说:“地下海洋加热或冷却速率的长期变化可能会产生海洋层厚度和粘度的组合,产生共振并产生相当大的热量。 “因此,这种潜在的海洋如何能够生存,这个奥秘可能并不是如此,而是如何消亡。因此,Io和其他卫星内的海面以下的海洋甚至比我们目前所能观测到的还要普遍。“

资料来源:美国国家航空航天局

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