首幅木卫一火山分布图暗示木卫一可能拥有一个巨大的地下熔岩海。

朱诺探测器拍摄的木卫一照片。NASA

首幅木卫一热辐射分布图暗示木卫一可能拥有一个巨大的地下熔岩海。Ashley Gerard Davies

太阳系内可能有一个巨大的地下熔岩海，而且这个熔岩海有可能是全球性的。这个可能存在的熔岩海隐藏在木星的卫星——木卫一（Io）上。

木卫一是太阳系火山最活跃的天体。在探测器拍摄的照片中可以看到这样的景象：熔岩顺着木卫一巨大熔岩湖的堤坝墙喷薄而出，巨型气体尘埃柱在宽阔的火山口内升起。

近日，一个以NASA喷气推进实验室行星科学家Ashley Davies为首的科研团队绘制了首幅木卫一火山活动全球热流图，展示了木卫一表面的所有熔岩出口。相关研究结果指出，木卫一内部可能有一个熔岩海，天体之间的共振与海洋的出现之间可能存在着普遍性的联系。

研究人员通过分析朱诺探测器和地面望远镜提供的数据，分别发现了87个和14个新热点。连同此前已知的热点，图中包括的火山活动源总数达到了343个。

研究结果首次向我们展示了木卫一火山在全球范围内的分布几乎是均匀的，但是它们释放的热量却不是这样，极地火山释出的热量要少于低纬度地区，而木卫一北极火山释出的能量又是南极的两倍。这一特点是首次发现，让人吃惊不已。其原因是个谜。

但热量分布的不均匀，以及中纬度地区产生的热量多于两极这一特点，符合认为木卫一热量产生源距离其表面很近，且其能够使地下岩石熔融的理论模型。但是研究人员指出，目前尚不明确这种熔融有多广泛，这个地下熔岩海有可能是全球性的，也有可能是局部性的。

木卫一上有这么多火山的原因之一是，木卫一在环绕木星运行的过程中，其轨道与相邻的另外两颗木星卫星——木卫二（Europa）和木卫三（Ganymede）的轨道之间，存在着一种被称为轨道共振的特殊重复模式。具体而言，是每当木卫二完成一次公转，木卫一刚好完成两次公转；每当木卫三完成一次公转，木卫一刚好完成四次公转。

陷入轨道共振导致这些卫星会由于周期性地排成一行而经受彼此之间的引力拖曳，并导致它们的轨道失圆。木卫一就在这样反复靠近和远离木星的过程中，被潮汐力不断地挤压和拉伸，由于内部摩擦产生热量。

由于木卫一极其靠近木星，而木星的质量和引力场又是如此巨大和强悍，木卫一产生的潮汐热也非常极端。同样的事情也在木卫二身上发生，虽然要弱一些，但潮汐加热也使木卫二可能拥有了一个隐藏在其冰壳下的液态水海洋。

木星周围并不是唯一一个正在发生这类事件的地方。土星的卫星土卫二（Enceladus）可能也有一个得益于和土卫四（Dione）发生轨道共振而形成的液态水海洋。

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研究人员认为，木卫一、木卫二和木卫三之间的共振关系是受这三个天体之间的相互影响共同支配的，而并非只和两个卫星有关。这也使这种共振关系看上去没有那么显而易见。

这三个卫星目前都处于安全区，它们的共振关系是稳定的，且将再维持至少十亿年。它们之间的共振关系也是太阳系内已知的唯一三体共振，非常独特。但在太阳系以外，天文学家已经观测到了一些比三体共振更复杂的共振链。也许未来的科学家有机会研究那里的行星或卫星是否也会因为轨道共振而形成熔岩海，或别的什么未知的现象。

木卫三、木卫二和木卫一之间的轨道共振示意。Wikimedia Commons

参考

New Global Map of Io's Volcanic Thermal Emission and Discovery of Hemispherical Dichotomies

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/ad4346

The nature of the Laplace resonance between the Galilean moons

https://link.springer.com/article/10.1007/s10569-024-10191-6