木卫一（木星的卫星）

▌简介

木卫一也称为艾奥是木星的四颗伽利略卫星中最靠近木星的一颗卫星，它的直径为3642公里，是太阳系第四大卫星。它的名字来自众神之王宙斯的恋人之一：艾奥，是赫拉的女祭司。艾奥有400座的活火山，是太阳系中地质活动最活跃的天体。极端的地质活动是因为艾奥内部受到木星的牵引，造成潮汐摩擦产生的潮汐热化所导致的结果。木卫一主要成分是硅酸盐类熔岩，它有一个半径不小于900千米的铁核，其中可能混有硫化铁。木卫一表面的平均温度约为-143度，但有些特别热的地方高达1227度，是木卫一热量的主要来源。

▌物理特征

与不少外太阳系的卫星不同，木卫一与类地行星有不少相似的地方，其表层由硅酸盐熔岩所构成，根据伽利略号所观测的数据中，它的内核可能由硫化铁所组成，其半径估计最少有900公里。 

人们以前一直认为，木卫一表面定拥有不少环形山。可是从旅行者1号于1979年传回地球的照片中，木卫一表面的环形山并不多，并非如人们所想，这是因为其火山活动使它的地形不断改变。于是，人们便把它不断更新的表面看成是“年轻”的，因为这些地形是新近形成；相反，月球表面满布陨石坑，并保留了数十亿年，人们便把月球的表面看成是“年老”的。

除了火山外，木卫一其他的景观，计有一些普通的山脉、溶化硫湖泊、深度达数百公里的破火山口，以及长达数百公里的低黏度液体在流动，可能是液态硫或是硅酸盐。此外，木卫一的硫磺及其化合物拥有多种不同的颜色，形成了它独特多变的外观。

科学家从两艘旅行者号传回的多张照片作出分析，相信木卫一表面的熔岩流，主要由融化了的硫化物所组成。但是从地面的红外线研究结果中，测得木卫一热点的温度可高达2000K，比硫的沸点还要高出1300K，因此有指这些熔岩不太可能是硫，木卫一的整体平均温度为130K ，比热点温度低得多，而最新的理论也指出那些熔岩流是由硅酸盐组成。根据哈勃太空望远镜的观测结果，这些物质可能富含金属元素钠，在不同地方也可能含有不同的物质。

木卫一大气层极端稀薄，只有地球大气压力的十亿分之一，主要的成分是二氧化硫， 氯化钠、一氧化硫及氧也有少许 。

其他伽利略卫星均拥有固态水，木卫一所含的水却极少，人们认为是早期的木星温度很高，其热力可以蒸发木卫一上的水，但其他大型卫星的水则不足以蒸发。

它所有活动所需要的能量可能来自与它与木卫二，木卫三及木星之间的交互引潮力。这三颗卫星的共动关系固定，木卫一的公转周期是木卫二的一半，后者是木卫三的一半。虽然木卫一就像地球的卫星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由于木卫二与木卫三的作用使它有一点点不稳定。它使木卫一扭动、弯曲，大约有100米长，并在复原扭曲的循环中产生能量。

木卫一同样切割木星的磁场线，生成电流。对于引潮力而言由此产生的能量不多，但电流的功率仍有1兆瓦特。它也剥去了一些木卫一的物质，并在木星周围产生强烈的凸起状辐射。在凸出面中脱离的粒子部分地造成了木星的巨大磁层。

▌观测历史

艾奥的第一份观测报告是伽利略在1610年1月7日提出的。艾奥和木星其它伽利略卫星的发现被发表在伽利略于的1610年3月出版的星界报告。 西门马里乌斯于1614出版的马里乌斯木星报中声称，他于1609年就发现了艾奥和木星的其它卫星，比伽利略早了一个星期。伽利略质疑这个声明，并且反驳马里乌斯剽窃、抄袭他的成就。因为伽利略在马里乌斯之前就发布了他的发现，而且相信马里乌斯也知道这件事。

在后来的两个半世纪，艾奥仍未被解析过，在天文学家的望远镜中仍然只是一个亮度5等的光点。在17世纪，艾奥和其他的伽利略卫星为各种各样的目的服务，像是协助船员们进行经度的测量，验证开普勒的行星运动第三定律，和测量光线在旅行在木星和地球之间的时间 。以卡西尼等人建立的星历表为基础，拉普拉斯创造了一种数学的理论来解释艾奥、欧罗巴、和盖尼米得的轨道共振 。这种共振在日后发现对这三颗卫星的地质有深远的影响。

望远镜技术的改进，使19世纪末20世纪初的天文学家有能力在解析（能看得见）出在艾奥上大区域的表面特点。在1890年代，巴纳德首先观察到艾奥的赤道和极区之间在光度上的变化，正确的测量出这两个地区的光度变化是来自颜色和反照率的不同，而不是因为艾奥呈现卵型，一如威廉·皮克林和他的同伴所主张的，而不是巴纳德最初所主张的是两个不同的天体 。之后的望远镜观测证实了艾奥很明确的在极区是红棕色的，而赤道带是黄白色的。

在20世纪中期的望远镜观测开始注意到艾奥异常的本质。分光镜的观测建议艾奥的表面没有水冰（在其它的伽利略卫星上被发现含量丰富的物质）；同样的观测亦表面主要的成分是钠盐和硫磺。 电波望远镜的观测揭露了艾奥对木星的磁层有所影响，如被观察到的十米的波长爆发与艾奥的轨道周期有关 。

通过艾奥附近的第一艘航天器是先驱者10号和先驱者11号这一对孪生的航天器，分别在1973年12月3日和1974年12月2日 以无线电追踪提供了艾奥质量的改善估计值、与艾奥尺寸的最佳值。认为艾奥是四颗伽利略卫星中密度最高的，主要是由硅酸盐的岩石组成，而不是水冰组成的。先驱者号也揭露艾奥有稀薄的大气层，轨道附近有强烈的辐射传送带。先驱者11号的照相机获得的唯一一张好的照片，显示了艾奥的北极地区。先驱者10号原先计划在近距离的接近艾奥时拍摄照片，但是这项观测因为高辐射的环境而失败了 。

当另一对航天器旅行者1号和旅行者2号在1979年掠过艾奥，它们更为先进的影像系统可以获得更好的影像。旅行者1号在1979年3月5日从20,600公里飞掠过这颗卫星 ，它传回在接近的影像显露很奇怪、多彩多姿却没有撞击坑的 。分辨率最高的影像显示出相对年轻的表面点缀著其形怪状的凹坑，山比艾佛勒斯峰还要高，还有类似熔岩流的特征。

在短暂的邂逅之后，旅行者工程师琳达·蒙娜碧朵注意到在一张影像中有一个流束从表面放射出来。分析旅行者1号拍摄的其他影像后，总共找到9张有这种流束的照片，证实了艾奥有活跃的火山活动。在旅行者1号邂逅艾奥之前不久，Stan Peale、Patrick Cassen、和R. T. Reynolds曾发表了一篇论文，作者计算出因为欧罗巴和盖尼米得的轨道共振，艾奥的内部会有巨大的潮汐热化（详细的过程与解释请参见潮汐热的章节）。来自这次飞掠的数据显示艾奥的表面由硫磺和二氧化硫霜控制着。这些成分也掌控著稀薄的大气层和围绕着艾奥轨道的等离子体环（也是旅行者发现的） 。

旅行者2号在1979年7月9日以1,130,000公里（702,150英里）的距离掠过，虽然他没有旅行者1号那么接近，比较这两艘航天器的影像显示出在这五个月内表面有一些地区发生了变化。另一方面，旅行者2号在离开木星的系统时观察到艾奥呈现月牙型，并显示出在3月观测到的9个流束中的8个依然活跃着，只有裴蕾火山已经熄灭了。

伽利略号航天器从地球出发后经历了6年的航程，于1995年抵达木星，台多年的观测，继续后续的观测。艾奥的位置在木星最强烈的一条辐射带之内，阻碍了近距离长时间飞掠的观测，但是伽利略主要的任务就是研究伽利略卫星，在最初两年的任务中轨道将进入并密切的经过这些卫星。在1995年12月7日飞掠过时虽然没有获得影像，但还是有重大的结果，例如发现类似于太阳系内侧的岩石行星的巨大铁核 。

在伽利略的主要任务期间，尽管缺乏近距离特写的镜头和机械上的问题，还是传回来了许多的资料，并且有一些重大的发现。伽利略号观测到了Pillan火山的主要爆发，并且证实火山爆发由硅酸盐的岩等离子体和富含镁的镁铁质和超镁铁质成分与硫磺和二样化硫组成，类似于地球上的水和二氧化碳所扮演的角色。在任务的主要期间，几乎每一条轨道都获得了艾奥远距离的影像，显露很大数量的火山活动（来自表面和火山流束两者的岩等离子体冷却时都散发出辐射热），众多的山和广泛的型态学上的变化，还有在旅行者和伽利略的年代之间，以及伽利略不同的轨道期间，在表面发生的变化。

伽利略号的任务在1997和2000年两度的延展，在这些延长任务的期间，航天器在1999年末至2000年初，三度飞越艾奥；在2001年末至2002年初又再三度飞越。在这些遭遇时间的观察透露了艾奥的火山和山的地质过程，排除了磁场的出现，并且证实了火山运动的程度 。在2000年的12月，卡西尼航天器在前往土星的路程上与木星系统有过短暂的邂逅，与伽利略号联合一起观测。这次的观测在特瓦史塔火山口发现了一个新的流束和证实观察到了艾奥的极光。