作者:Richard A. Kerr 来源:《科学》 发布时间:2010-3-12 10:22:40
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揭开木卫三木卫四巨大差异之谜

    几十亿年前的一场彗星暴产生的热量改变了木卫三(左)的外貌,但木卫四(右)则基本没有变化。(图片提供:NASA/JPL/DLR) 

与木星的两颗主要卫星木卫三和木卫四相比,恐怕再没有什么搭档比它们更古怪了。尽管这两颗卫星的大小和构成很相近,但木卫三却是一个拥有自身磁场的严格意义上的卫星,而木卫四则是一颗由冰和岩石构成的冷冰冰的天体。科学家如今相信,他们已经找到了问题的答案。
 
30多年来,研究人员一直在寻思,是什么过程在木卫三中产生了足够的热量——但同时却没有在木卫四中出现,从而迫使其发生了地质演化。在寻找使这两颗卫星产生分化的热源的研究中,美国科罗拉多州博尔德市西南研究所的行星科学家Amy Barr和Robin Canup考虑到太阳系晚期大规模撞击事件(LHB)产生的影响。许多行星科学家认为,大约在39亿年前,大量的彗星和(太阳系内部的)小行星曾对太阳系进行过一次狂轰滥炸。
 
当Barr和Canup对木卫三和木卫四遭受的LHB影响进行模拟时,他们发现了许多的差别。研究人员强调,木星巨大的引力会使靠近的彗星加速,同时将它们吸向行星。与木卫四相比,距离木星更近的木卫三将比前者遭受两倍多的撞击,并且对其进行撞击的彗星的运行速度也更快。因此与木卫四相比,木卫三将多接受3.5倍的能量。
 
在研究人员的模型中,有足够多的热量用来融化木卫三初始冰岩混合物中的冰。解冻使得卫星的岩石向着逐渐“泥泞”的内部沉降。随后这些下沉的岩石便会以热的形式释放它们的重力能,从而加速木卫三的分层过程。最终,来自放射性衰变的足够热量将分离出岩石中的铁,进而形成一个熔化的内核,同时产生磁场,并有可能形成木卫三理想的地表地质学特征。
 
由于冲击能的匮乏,木卫四在分离过程中却没有进行充分的融化——进而完成“核子反应堆系统”的加热过程,最终变成了一颗没有内核的冰冷的星球。尽管在其表面下还有一些小到可以忽略不计的热源,但木卫四的表面将永远是死气沉沉的。研究小组在本周的《自然—地球科学》杂志网络版上报告了这一研究成果。
 
美国布朗大学的行星地质学家James Head三世认为:“这是一篇第一流的科学论文。”它同时支持了LHB存在的事实。Barr说,特别需要指出的是,这项研究成果“与尼斯模型完美贴合”,这一模型展示了在向太阳系外迁移的过程中,木星和土星是如何引发LHB的。但是研究人员都认为还需要进行更多的分析工作,如果能够针对木星系统再进行一次研究将更加完美。(来源:科学时报  群芳)
 
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