【菜科解读】

图解:木卫四。

©基于NASA图像

木卫四（Callisto）是伽利略所发现的木星卫星之一。

木卫四是除木卫三和土卫六之外，太阳系中第三大卫星。

它也是木星轨道上的第二大卫星。

木卫四与水星的大小差不多。

木卫四每17个地球日绕木星一圈。

这颗卫星被潮汐力锁定。

意味着它每绕木星一圈就自转一次，这与地球的月亮类似。

因此，木卫四的一个天或者说自转的周期等于其公转周期，即16.69个地球日。

图解: 木卫四（左下角）、木星和木卫二（位于木星大红斑的左下方）。

木卫四是伽利略发现的伽利略卫星中最远的一个。

与其他伽利略卫星不同，木卫四没有像木卫一、木卫二和木卫三那样陷入轨道共振。

这意味着它不受其他伽利略卫星的潮汐力的影响。

其核心并没有被木星和木星其他卫星之间的引力拉锯所加热。

1.木卫四的历史

木卫四于1610年被发现。

它的名称来自一位女神的宁芙侍女，她获得了宙斯的宠幸。

而嫉妒的赫拉把她变成了一只大熊。

宙斯，也叫做朱庇特，将她升入天界，成为大熊星座。

她与宙斯的儿子则成为了小熊星座。

图解: 宙斯雕像，1680年，士麦拿

木卫四可能是在木星轨道的岩石环中经历数百万年时间所形成，这是围绕太阳的岩石碎片聚合形成带内行星过程的缩影。

这个理论得到了数个环形山及其年龄的验证，其中一些环形山年龄接近40亿年。

2.木卫四的地理特征

据估计，木卫四大约有40亿年的历史，几乎与太阳系一样古老。

木卫四上没有任何地质活动。

与木卫一不同，它不存在也可能永远不会存在火山活动。

木卫四不像木卫二与木卫三一样拥有地下海洋。

它也没有像土卫六般明显的大气候来抵御陨石坑。

它的大气层只是由一层薄薄的二氧化碳组成。

图解:木卫四上最大的撞击坑称为瓦尔哈拉多环结构（2500英里）。

©NASA图片

过去的40亿年中，在被木星引力所捕捉的小行星不停轰击下，加之又不受风化作用的影响，使得木卫四成为太阳系中陨石坑最多的卫星。

图解: 木卫四上的撞击坑平原。

卫星上最大的撞击坑称为Valhalla。

它大约2,500英里至4,000公里宽。

Asgard大约1,000英里至1,600公里宽。

这两个陨石坑都以北欧神话中的人物命名。

Gipul 撞击坑链是一系列呈直线分布的陨石坑。

这些陨石坑可能是因为一个大型天体被木星引力撕裂，同时又被另一个木星卫星所吸引，从而在撞击木卫四上形成的。

图解: 图中的淡蓝色曲线为阿斯嘉特撞击坑，黑暗陨石坑平原则为红色曲线。

根据近红外光谱仪探测结果，显示阿斯嘉特撞击坑内的水冰（吸水波段介于1到2微米之间）数量比较多，岩石物质则比较稀少。

木卫四缺少山脉，即便是那些通常由冲击造成的山脉也都没有。

尽管冰体不曾像在木卫二或木卫三一样覆满木卫四的陨石坑，但人们仍推测这些陨石坑是被冰流弄平的。

据说，木卫四上的冰层在撞击之后会融化、流动，然后再次冻结。

所以陨石的撞击在岩石和冰层中会产生同心波纹，而不是像月球那样产生大量喷射状的碎片。

图解: 阿斯加德大约1,000英里宽。

©NASA图片

木卫四的大小与水星相似，但密度只有其三分之一。

这可能是冰与岩石混杂在一起造成的。

木卫四是一个寒冷的地方。

在白天，它只有-108°C，夜间更是降至-193°C。

木卫四表面的白色沉积物，或许是暴露在真空下的冰体升华的结果。

图解: 哈尔撞击坑及其中央拱形结构。

木卫四的地表因为主要由硅酸盐岩构成而成深灰色。

岩石表面下可能有一层大部分是冰体的地层。

木卫四的逃逸速度略高于月球。

木卫四相对于木星来说几乎没有轨道偏心率。

它的轨道偏心率为0.0074，非常接近木星的赤道。

木卫四运行在木星巨大的磁层外，所以它在所有伽利略卫星中辐射水平最低。

3.木卫四内部结构

木卫四有一个微弱的电离层。

在木卫四稀薄二氧化碳大气层和木星磁场之间相互作用下，其电离层的活动要比我们想象的剧烈得多。

磁共振成像显示，地表下方有一地层能传导木星的磁场。

图解: 这张图显示出木卫四周围的感应磁场，其中磁力线的边界相当明显，是天文学家根据观测资料所计算出来的。

红色的线为伽利略号的飞行轨迹。

它可能由位于地壳下方约100至200公里处的高盐度海洋构成，也可能完全由厚度达300公里的冰体构成。

由于缺乏板块构造和火山活动，木卫四在其地表下或许从未有过液态水，并且有着一颗自形成以来就被冻结的核心。

有天文学家认为，木卫四在其地表下方至少有150公里处有一个海洋，但与其他木星卫星相比，这方面的证据较为匮乏。

图解:木卫一、木卫二、木卫三和木卫四的内部结构。

©基于NASA图像

其核心主要由硅酸盐岩组成。

同时也有氧化铁岩石，冷冻氨和碳化合物存在的证据。

木卫四表面的碳化物可能是碳基小行星撞击留下的碎片。

有迹象表明存在水冰与卫星岩石碎片的混合物。

4.来自欧罗巴的探索

先驱者10号和先驱者11号飞掠过木卫四，提供的数据确认了其真实体积的大小。

旅行者号在1979年传回了第一张关于木卫四满目疮痍地表的精细照片。

图解: 木卫四与月球及地球的比较

更多的图像在木星的伽利略任务中传回，虽然该任务的真正目的是向木星的大气层发送探测器。

新视野号探测器在前往冥王星的途中，路过木卫四时，发回了该卫星的最新照片。

木卫四将会通过Jupiter Icy Moon Explorer（JUICE）探测器进一步进行研究。

JUICE计划于2022年由欧洲航天局（ESA）发射。

图解: 未来人类在木卫四上设置基地的想象图

如果2022年发射顺利，将在2030年到达木星。

而美国航天局与之相似的任务，Jupiter Icy Moons Orbiter （JIMO），却因缺乏资金而取消。

在NASA的人类外行星探测项目中发现，如果将人类能抵达木星卫星，木卫四由于辐射水平低，是建立太空基地的最佳地点。

然而，目前没有任何一个航天机构积极策划载人前往木星或其卫星，因此所有的人类任务计划只是停留在图纸上。

图解:旅行者1号送回了第一张精美细节的照片。

©NASA图片

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. thetimenow-孟冬