在星體流動的燦爛星空里，華楓看到木衛(wèi)四上最大的撞擊地形是多環(huán)盆地。其中有兩個規(guī)模巨大，而沃爾哈拉撞擊坑則是其中其中最大的，其明亮的中央地帶直徑達到了600公里，而環(huán)狀結構則繼續(xù)向外延展了1公里。第二大的多環(huán)結構是阿斯嘉德撞擊坑，直徑大約為1600公里。

    多環(huán)結構產(chǎn)生的原因可能是撞擊事件發(fā)生之后處在柔軟或流動物質——如海洋之上的巖石圈產(chǎn)生的同心環(huán)狀的斷裂。撞擊坑鏈則是一長串鏈狀、呈直線分布于星體表面的撞擊坑，它們可能是木衛(wèi)四被過于接近木星而受到引力潮汐作用解體的天體撞擊之后形成的，也可能是遭受小角度撞擊后產(chǎn)生的。前一種情況得到了蘇梅克列維9號彗星撞擊事件的印證。

    沃爾哈拉多環(huán)結構正如前文所提及的，木衛(wèi)四上還存在著由純冰體構成的、反照率高達08的斑塊地形，其四周為較暗的物質所環(huán)繞。伽利略號的高分辨率照片顯示這些較明亮的斑塊主要位于抬升地形上如撞擊坑坑緣、懸崖、山脊和瘤狀地形。這種斑塊可能是一層薄薄的霜體沉積。較暗的物質通常位于四周地勢較低且較平坦的地帶，如撞擊坑坑底和撞擊坑之間的低洼地帶，它們將原本的霜體沉積物覆蓋住，故而該地區(qū)顯得較暗，形成了直徑達5公里以上的暗斑。

    在幾公里的級別上，較之其他伽利略衛(wèi)星的表面，木衛(wèi)四的表面地形現(xiàn)出了更多的退化特征。例如相比較與其他衛(wèi)星，如木衛(wèi)三的暗區(qū)，木衛(wèi)四的表面即缺乏直徑小于1公里的撞擊坑，取而代之的是無處不在的小型瘤狀地形和陷坑。

    瘤狀地形被認為是撞擊坑經(jīng)歷了迄今為止還不為人知的退化過程而形成的坑緣殘跡，這種退化很可能是冰體的緩慢升華造成的——當木衛(wèi)四運行至日下點時，其向陽面溫度會達到165k以上，此時冰體即會出現(xiàn)升華現(xiàn)象基巖引起其上的臟冰分解，從而使得其中的冰體水和其他易揮發(fā)物質升華。而殘骸中的非冰質殘余物則發(fā)生崩塌，從撞擊坑坑緣的坡上下落。這種崩塌經(jīng)常在撞擊坑附近和撞擊坑內(nèi)部出現(xiàn)，被稱為“周邊碎片”(deb

    is　ap

    o

    s)。

    此外，有些撞擊坑的坑緣被一些蜿蜒的、類似峽谷的切口（它們被稱為溝壑）所切割，這些溝壑看起來有點像火星表面的峽谷。在冰體升華假說中，位于低洼地帶的暗色物質被解釋為主要由來自退化的撞擊坑坑緣的非冰質物質組成的覆蓋層，它覆蓋了木衛(wèi)四表面大部分的冰體基巖。

    塌陷地形和瘤狀地形通過各地質單元所覆蓋的撞擊坑的密度，人們可以推斷出它們的相對年齡撞擊坑分布密度越大，該地質單元相對年齡越大。但是它們的絕對年齡卻還無法確定，不過根據(jù)理論預測，撞擊坑平原的地質年齡被認為長達45億年，幾乎可以追溯到太陽系的形成時期。多環(huán)結構和撞擊坑的地質年齡則取決于其所在區(qū)域的撞擊坑密度，由此得出的估計年齡從10億年到40億年不等。

    木衛(wèi)四周圍的感應磁場木衛(wèi)四擁有一層非常稀薄的大氣，主要由二氧化碳構成。伽利略號上的近紅外測繪分光儀(nea

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    ，nis)在42微米段勘查到該大氣層的吸收特征，從而證實了它的存在。據(jù)估計其表面壓力為75　x　10?12巴，粒子密度為4　x　10?　?3。這層大氣是如此稀薄，僅僅需要四天，組成它的物質就會逃逸殆盡，所以該大氣一定源源不斷的得到了補充，補充來源可能是從該星體冰質地殼中升華出的干冰，這也與該星體表面明亮地區(qū)瘤狀地形的冰體升華形成假說相契合　　。

    木衛(wèi)四的電離層則是在伽利略號的數(shù)次飛掠中被首次發(fā)現(xiàn)，其高電子密度為717　x　10?　?3，這種密度與大氣中二氧化碳的光致電離作用的效果不相符合。所以有人預測木衛(wèi)四大氣層的組要成分應該是氧氣（含量為二氧化碳的10倍到100倍），但是尚未在該大氣中探測到氧氣的存在。

    木衛(wèi)四（左下角）、木星和木衛(wèi)二（位于木星大紅斑的左下方）。木衛(wèi)四是距離木星最遠的伽利略衛(wèi)星，其軌道距離木星約188萬公里(是木星半徑——7萬1398公里——的263倍)，比之距離木星次近的木衛(wèi)三的軌道半徑——107萬公里——遠得多。由于軌道半徑較大，故其并不處于軌道共振狀態(tài)，可能永遠也不會處于這種狀態(tài)。

    木衛(wèi)四不參與軌道共振，這意味著它永遠都不會產(chǎn)生明顯的潮汐熱效應，而潮汐熱效應是星體內(nèi)部結構分化和發(fā)育的重要動力。由于距離木星較遠，所以其表面來自木星磁場的帶電粒子流較弱——比之木衛(wèi)二表面的帶電粒子流弱了300倍。所以較之其他幾顆伽利略衛(wèi)星，木衛(wèi)四表面的帶電粒子光滲效應較弱。

    和大部分的衛(wèi)星一樣，木衛(wèi)四是一顆同步自轉衛(wèi)星，即木衛(wèi)四的自轉周期等同于其公轉周期，約為167個地球日。其軌道離心率很小，軌道傾角也很小，接近于木星赤道，同時在數(shù)百年的周期里，軌道的離心率和傾角還會以周期函數(shù)的形式受到太陽和木星引力攝動的影響。變化范圍分別為和°。這種軌道的變化使得其轉軸傾角在0416°之間變化。

    木衛(wèi)四內(nèi)部結構的部分分層（該結論由無量綱轉動慣量數(shù)值推斷而出）表明該星體從未被充分加熱以使其冰質部分融解。因此，其最可能的形成模型是低密度的木星次星云中的緩慢吸積過程。

    這個持續(xù)時間甚久的吸積過程使得星體最終冷卻，而無法保持在吸積過程、放射性元素衰變過程和星體收縮過程積聚的熱量，從而阻斷了冰體融化和快速分化過程。其形成階段所耗時間大約在10萬年到1000萬年之間。

    瘤狀地形而之后木衛(wèi)四的進一步演化則取決于放射性衰變的產(chǎn)熱機制和靠近星體表面熱傳導的冷卻機制之間的競賽，以及星體內(nèi)部到底是處于固態(tài)還是亞固態(tài)對流狀態(tài)。冰體的亞固態(tài)對流的具體運動狀況是所有冰衛(wèi)星模型中最大的不確定性因素。

    基于溫度對冰體黏度的影響，當溫度接近于冰體的熔點時，就會出現(xiàn)亞固態(tài)對流。在亞固態(tài)對流中，冰體的運動速度十分緩慢，大約為1厘米/年，但是從長期來看，亞固態(tài)對流事實上是非常有效的冷卻機制。在木衛(wèi)四寒冷而堅硬的表層——被稱為“密封蓋”（stag

    a

    t　lid）——中，熱量的傳導并沒有以對流形式進行；而在該層之下的冰體中，熱量則是以亞固態(tài)對流形式進行傳導。

    對木衛(wèi)四來說，外部的傳導層即是厚度約為100公里的寒冷而堅硬的巖石圈。它的存在解釋了為何木衛(wèi)四表面沒有任何內(nèi)源性構造活動的跡象。而在木衛(wèi)四內(nèi)部，熱對流可能是分層次的，因為在高壓之下，冰體水會出現(xiàn)多種晶相，從星體表面的第一態(tài)冰到星體中心的第七態(tài)冰。

    在早期，木衛(wèi)四內(nèi)部亞固態(tài)對流機制的運作阻止了冰體的大面積融化，而后者則會導致星體內(nèi)部的分化，從而形成一個大型的巖石內(nèi)核和冰質地幔。同時也由于對流作用的存在，冰體和巖石的部分分化持續(xù)了數(shù)十億年之久，至今仍在緩慢進行中。

    現(xiàn)今解釋木衛(wèi)四形成的觀點考慮到了在其表面之下可能存在著一個地下海洋，其形成與冰體的第一晶相的熔點異常有關——其熔點隨著壓力的增大而降低，當壓力達到2070巴時，熔點可低至251k。

    在所有的木衛(wèi)四現(xiàn)實模型中，位于100200公里深處地層的溫度都十分接近，甚至是略微超過了這個異常的熔點。而少量氨——比重約為12——的存在則能夠加大該深度液體存在的可能性，因為氨能夠進一步降低冰體熔點。

    盡管在很多方面木衛(wèi)四和木衛(wèi)三十分相似，但是前者的地質歷史相對簡單。在撞擊事件和其他外力影響作用之前，該星體的表面即已基本成型。與擁有槽溝構造的鄰近衛(wèi)星木衛(wèi)三相比，木衛(wèi)四上甚少發(fā)現(xiàn)地質構造活動的跡象。

    這種相對簡單的地質歷史對于行星科學家來說意義十分重大，他們可將該星體作為一個很好的基本參考對象，用來對比其他更加復雜的星體。

    未來人類在木衛(wèi)四上設置的基地的藝術想象圖[40]20世紀70年代，先驅者10號和先驅者11號先后接近木星，獲取了少量關于木衛(wèi)四的新信息。真正的突破來自19791980年間旅行者1號和旅行者2號的考察。

    它們對木衛(wèi)四一半以上的表面進行了拍攝，圖像分辨率在12公里之間，同時還精確地測量了木衛(wèi)四的表面溫度、質量和大小。第二波的考察在年間展開，其時伽利略號8次近距離飛掠木衛(wèi)四，最后一次飛掠發(fā)生在2001年，當時伽利略號位于c30軌道上，距離木衛(wèi)四表面僅138公里。伽利略號完成了對木衛(wèi)四表面的球測繪，并傳回了大量分辨率達到15米的特定地區(qū)的照片。

    2000年，卡西尼號在前往土星途中對包括木衛(wèi)四在內(nèi)的四顆伽利略衛(wèi)星進行了高精度紅外光譜探測。2007年2月至3月，新視野號探測器在前往冥王星途中經(jīng)過木衛(wèi)四，對其進行了拍攝和光譜分析。

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