第248章 拉普拉斯共振
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華楓聽到老師講到木衛(wèi)三可能由木星次星云——即在木星形成之后環(huán)繞于其四周的、由氣體和塵埃組成的圓盤——的吸積作用所產(chǎn)生木衛(wèi)三的吸積過程持續(xù)了大約1萬年,相較暗的尼克爾森區(qū)和較亮的哈帕吉亞槽溝之間可謂涇渭分明。 較于木衛(wèi)四的10萬年短得多。當(dāng)伽利略衛(wèi)星開始形成之際,木星次星云中所含的氣體成分已經(jīng)相對(duì)較少;這導(dǎo)致了木衛(wèi)四較長的吸積時(shí)間。相反,由于木衛(wèi)三是緊接木星之后形成的,這時(shí)的次星云還比較濃密,所以其吸積作用所耗時(shí)間較短。 相對(duì)較短的形成時(shí)間使得吸積過程中產(chǎn)生的熱量較少逃逸,這些未逃逸的熱量導(dǎo)致了冰體的融化和木衛(wèi)三內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分化即巖石和冰體相互分開,巖石沉入星體中心形成內(nèi)核。在這方面,木衛(wèi)三與木衛(wèi)四不同,后者由于其較長的形成時(shí)間而導(dǎo)致吸積熱逃逸殆盡,從而無法在初期融化冰體以及分化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這一假說揭示了為何質(zhì)量和構(gòu)成物質(zhì)如此接近的兩顆衛(wèi)星看起來卻如此得不同。 在其形成之后,木衛(wèi)三的內(nèi)核還保存了大部分在吸積過程和分化過程中形成的熱量,它只是緩慢的將少量熱量釋放至冰質(zhì)地幔層中,就如同熱電池的運(yùn)作一般。接著,地幔又通過對(duì)流作用將熱量傳導(dǎo)至星體表面。不久巖石中蘊(yùn)含的放射性元素開始衰變,產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步加熱了內(nèi)核,從而加劇了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分化,最終形成了一個(gè)鐵硫化亞鐵內(nèi)核和一個(gè)硅酸鹽地幔。至此,木衛(wèi)三內(nèi)部結(jié)構(gòu)徹底分化。 與之相比較,未經(jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分化的木衛(wèi)四所產(chǎn)生的放射性熱能只能導(dǎo)致其冰質(zhì)內(nèi)部的對(duì)流,這種對(duì)流有效地冷卻了星體,并阻止了大規(guī)模的冰體融化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的快速分化,同時(shí)其最多只能引起冰體與巖石的部分分化?,F(xiàn)今,木衛(wèi)三的冷卻過程仍十分緩慢。從起內(nèi)核和硅酸鹽地幔所釋放出的熱量使得木衛(wèi)三上的地下海洋得以存在,同時(shí)只是緩慢冷卻的流動(dòng)的鐵硫化亞鐵內(nèi)核仍在推動(dòng)星體內(nèi)的熱對(duì)流,并維持著磁圈的存在。木衛(wèi)三的對(duì)外熱通量很可能高于木衛(wèi)四。首發(fā) 木衛(wèi)三的軌道距離木星107萬400千米,是伽利略衛(wèi)星中距離木星第三近的,其公轉(zhuǎn)周期為7天3小時(shí)。和大部分已知的木星衛(wèi)星一樣,木衛(wèi)三也為木星所鎖定,永遠(yuǎn)都以同一面面向木星,木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三三者之間的拉普拉斯共振狀態(tài)。 它的軌道離心率很小,軌道傾角也很小,接近于木星赤道,同時(shí)在數(shù)百年的周期里,軌道的離心率和傾角還會(huì)以周期函數(shù)的形式受到太陽和木星引力攝動(dòng)的影響。變化范圍分別為0000900022和005032°這種軌道的變化使得其轉(zhuǎn)軸傾角在0033°之間變化。 木衛(wèi)三和木衛(wèi)二、木衛(wèi)一保持著軌道共振關(guān)系即木衛(wèi)三每公轉(zhuǎn)一周,木衛(wèi)二即公轉(zhuǎn)兩周、木衛(wèi)一公轉(zhuǎn)四周當(dāng)木衛(wèi)二位于近拱點(diǎn)、木衛(wèi)一位于遠(yuǎn)拱點(diǎn)時(shí),兩者之間會(huì)出現(xiàn)上合現(xiàn)象;而當(dāng)木衛(wèi)二位于近拱點(diǎn)時(shí),它和木衛(wèi)三之間也會(huì)出現(xiàn)上合現(xiàn)象。 木衛(wèi)一和木衛(wèi)二,木衛(wèi)三的上合位置會(huì)以相同速率移動(dòng),遂三者之間有可能出現(xiàn)三星合現(xiàn)象。這種復(fù)雜的軌道共振被稱為拉普拉斯共振?,F(xiàn)今的拉普拉斯共振并無法將木衛(wèi)三的軌道離心率提升到一個(gè)更高的值。 00013的離心率值可能是早期殘留下來的——當(dāng)時(shí)軌道離心率的提升是有可能的。但是木衛(wèi)三的軌道離心率仍然讓人困惑如果在現(xiàn)階段其離心率值無法提升,則必然得表明在其內(nèi)部的潮汐耗散作用下,它的離心率值正在逐漸損耗。 這意味著離心率值的最后一次損耗就發(fā)生在數(shù)億年之前。由于現(xiàn)今木衛(wèi)三軌道的離心率相對(duì)較低——平均只有00015,所以現(xiàn)今木衛(wèi)三的潮汐熱也應(yīng)該相應(yīng)的十分微弱。但是在過去,木衛(wèi)三可能已經(jīng)經(jīng)歷過了一種或多種類拉普拉斯共振,從而使得其軌道離心率能達(dá)到001002的高值。 這可能在木衛(wèi)三內(nèi)部引起了顯著的潮汐熱效應(yīng);而這種多階段的內(nèi)部加熱最終造成了現(xiàn)今木衛(wèi)三表面的槽溝地形人們還無法確切知曉木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三之間的拉普拉斯共振是如何形成的。現(xiàn)今存在兩種假說一種認(rèn)為這種狀態(tài)在太陽系形成之初即已存在;另一種認(rèn)為這種狀態(tài)是在太陽系形成之后才發(fā)展出來的。 一種可能的形成過程如下首先是由于木星的潮汐效應(yīng),致使木衛(wèi)一的軌道向外推移,直至某一點(diǎn)與木衛(wèi)二發(fā)生2:1的軌道共振;之后其軌道繼續(xù)向外推移,同時(shí)將部分的旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)移給木衛(wèi)二,從而也引起了后者的軌道向外推移;這個(gè)過程持續(xù)進(jìn)行直到木衛(wèi)二到達(dá)某一點(diǎn)與木衛(wèi)三形成2:1的軌道共振。最終三者之間的兩對(duì)上合現(xiàn)象的位置移動(dòng)速率保持一致形成拉普拉斯共振, 第一批是先驅(qū)者10號(hào)和先驅(qū)者11號(hào),兩者傳回的關(guān)于木衛(wèi)三的信息較少。之后旅行者1號(hào)和旅行者2號(hào)于1979年飛掠過木衛(wèi)三。它們精確測(cè)定了它的大小,最終證明它的體積要大于土衛(wèi)六,后者曾被認(rèn)為大于前者。此外,這兩艘飛船還發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三上的槽溝地形。 1995年,伽利略號(hào)進(jìn)入環(huán)木星軌道。在1996年至2000年間,它共6次近距離飛掠過木衛(wèi)三。這6次飛掠被命名為g1,g2,g7,g8,g28,g29。在最接近的一次飛掠——g2——中,伽利略號(hào)距離木衛(wèi)三表面僅264千米。在1996年的g1飛掠中,它發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三的磁場(chǎng)。后來又發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)三的地下海洋,并于2001年對(duì)外公布。 伽利略號(hào)傳回了大量的光譜圖像,并在木衛(wèi)三表面發(fā)現(xiàn)了數(shù)種非冰化合物。前往近距離探測(cè)木衛(wèi)三的探測(cè)器是新視野號(hào),它于2007年在前往冥王星的途中飛掠過了木衛(wèi)三,并在加速過程中拍攝了木衛(wèi)三的地形圖和構(gòu)成圖。 2009年2月,美國航空航天局和歐洲空間局確認(rèn)該計(jì)劃將優(yōu)先于“土衛(wèi)六土星計(jì)劃”得以實(shí)施。木衛(wèi)二木星計(jì)劃”包括美國航空航天局主持的“木星木衛(wèi)二軌道飛行器”和歐洲空間局主持的“木星木衛(wèi)三軌道飛行器”,可能還包括日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)主持的“木星磁場(chǎng)探測(cè)器”。 已被取消的環(huán)木衛(wèi)三軌道探測(cè)計(jì)劃是木星冰月軌道器。原計(jì)劃使用核裂變反應(yīng)堆作為其動(dòng)力來源,這將使其能夠?qū)δ拘l(wèi)三進(jìn)行詳細(xì)勘查。但是由于預(yù)算裁剪,該計(jì)劃于2005年被取消。另外還有一個(gè)被取消的計(jì)劃被稱為“宏偉的木衛(wèi)三”(thegrandeurofganyde)。更新最快手機(jī)端s:/33/ 2015年03月12日,美國國家航空航天局(nasa)宣布,美國宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡近日觀測(cè)到木衛(wèi)三磁場(chǎng)產(chǎn)生的極光現(xiàn)象,并測(cè)量出木衛(wèi)三冰層下方存在具有一定鹽度的咸水海洋。 根據(jù)測(cè)算,這片地下海洋深度約為10萬米,相當(dāng)于地球上最深海洋的10倍多。它存在于150千米厚、主要由冰層組成的地表下。 木星最大的衛(wèi)星木衛(wèi)三也是它擁有的唯一一顆有強(qiáng)磁場(chǎng)的衛(wèi)星??茖W(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)千張圖片,發(fā)現(xiàn)在木星極區(qū)看到的非常壯觀的極光,是在木衛(wèi)三的磁氣圈產(chǎn)生的引力影響下形成的, 木衛(wèi)三和非?;钴S的木衛(wèi)一在圍繞木星運(yùn)行時(shí),會(huì)與這顆行星的等離子體相互作用,在木星極區(qū)產(chǎn)生明亮的斑點(diǎn)這些亮斑被稱作“極光足印(auroralfootprts)”。然而,直到現(xiàn)在也沒有人知道木衛(wèi)三的足跡到底有多大以及為什么木衛(wèi)三會(huì)導(dǎo)致木星極區(qū)產(chǎn)生美麗壯觀的極光。更新最快電腦端: 研究人員通過分析哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖片,測(cè)量出木衛(wèi)三腳印的確切大小他們認(rèn)為這些斑點(diǎn)的面積太大根本不是衛(wèi)星在這顆行星上的投影,而且它的直徑跟木衛(wèi)三的保護(hù)性磁場(chǎng)的直徑非常相符??茖W(xué)家還測(cè)量了木衛(wèi)一極光足印的大小及形狀這是由木衛(wèi)一上活躍的火山噴發(fā)出來的帶電粒子造成的 比利時(shí)列日大學(xué)(uyofliege)的天體物理學(xué)家丹尼斯·格倫頓特(denisgrodent)說“這些極光結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都在告訴我們一個(gè)正在進(jìn)行中的故事——在遙遠(yuǎn)的木星上正進(jìn)行著大規(guī)模能量傳輸。 通過分析這些極光的確切位置,以及木衛(wèi)一和木衛(wèi)三圍繞木星運(yùn)行時(shí),它們的形狀及亮度發(fā)生的改變,我們已經(jīng)制作出迄今為止最為詳細(xì)的模擬圖模仿木星與這些衛(wèi)星之間的電磁作用?!备駛愵D特在德國舉行的歐洲行星科學(xué)大會(huì)上詳細(xì)介紹了這項(xiàng)研究結(jié)果, 格倫頓特和他的科研組除了把木衛(wèi)三的極光足印與它的磁場(chǎng)結(jié)合在一起外還意外在這顆衛(wèi)星極光的亮度方面發(fā)現(xiàn)周期性變化,這些變化發(fā)生在三個(gè)不同時(shí)刻。研究人員認(rèn)為,每次變化都反映了木星的等離子體與木衛(wèi)三的磁場(chǎng)之間發(fā)生了相互作用,但是至今他們也不清楚是什么引起這種相互作用的。 研究負(fù)責(zé)人、約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的韋斯帕特森表示“通過繪制木衛(wèi)三表面圖,我們可更準(zhǔn)確地解答這顆真正獨(dú)一無二衛(wèi)星的形成和演變等科學(xué)問題?!?/br> 這張地圖由美國地質(zhì)調(diào)查局公布,從技術(shù)上闡述了木衛(wèi)三表面各種各樣的地質(zhì)特征,是第一張完整的冰冷的外行星衛(wèi)星地圖。帕特森、柯林斯和同事們用美國宇航局旅行者和伽利略太空探測(cè)器捕捉到的圖像制作出這張地圖。 從1610年1月木衛(wèi)三被發(fā)現(xiàn)以來,它就成為反復(fù)觀測(cè)的焦點(diǎn)。科學(xué)家用地球望遠(yuǎn)鏡第一次觀測(cè)木衛(wèi)三,然后用飛近探測(cè)和環(huán)繞木星飛行的航天器進(jìn)行觀測(cè)。這些研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)復(fù)雜的冰冷世界。 它的表面以兩個(gè)主要地形類型間的鮮明對(duì)比為特征。這兩種地形是又黑又冷的多隕石坑地區(qū)和更亮更年輕(但依然十分古老)的地區(qū),后者以大量溝槽和山脊為特征。 木衛(wèi)三直徑3280英里(約合5262公里),比行星水星和矮行星冥王星都大。它還是已知太陽系中唯一一顆擁有自己磁層的衛(wèi)星。這張地圖詳細(xì)闡述了木衛(wèi)三形成和在太陽系大部分歷史中演變的地質(zhì)特征。這些地質(zhì)特征記錄下木衛(wèi)三內(nèi)部演變、木衛(wèi)三動(dòng)力學(xué)和其他伽利略衛(wèi)星間相互作用以及撞擊木衛(wèi)三表面小天體演變的證據(jù)。 這張新地圖是研究人員比較其他冰冷衛(wèi)星地質(zhì)特征的重要工具,因?yàn)樵谄渌湫l(wèi)星上發(fā)現(xiàn)的任何特征類型都和木衛(wèi)三某個(gè)地方的特征相似。木衛(wèi)三表面是地球所有陸地面積的一半以上。 這顆衛(wèi)星為科學(xué)家提供各種各樣的觀測(cè)地點(diǎn)??铝炙拐f“木衛(wèi)三表現(xiàn)出古老和最近形成的地質(zhì)特征。 。