研究:木星卫星之间的引力拉拽可能能解释其变暖现象

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研究:木星卫星之间的引力拉拽可能能解释其变暖现象

据外媒报道,来自亚利桑那大学的一项新研究表明,木星的四颗最大的卫星之所以温暖是因为它们的重力场相互拉拽而产生的潮汐力。这种潮汐加热可能有助于解释木星的卫星系统进化方式。自1973年NASA的Pioneer 10飞越木星以来,这颗巨大的行星就给我们人类带来了越来越多的惊喜。

而令人困惑的是,木星80个卫星中最大的4个–Galilean Moons Io(木卫一)、Europa(木卫二)、Ganymede(木卫三)和Callisto(木卫四)并不是距离太阳4.84亿英里(7.78亿公里)的冰封岩石球。相反,其中三个卫星的温度高到可以在地表下形成全球海洋,而第四个卫星的内部温度也很高,其布满了活火山。

对此最明显的解释是由木星引力产生的潮汐力引起,当潮汐力对卫星进行拉伸和挤压时它们的温度会上升到足以使卫星内部保持液态且不会随着地质年代的推移而冷却下来。然而,根据加州帕萨迪纳喷气推进实验室博士后Hamish Hay的亚利桑那小组的研究显示,这些木星的潮汐不足以解释星球内部拥有如此大热量的现象。

这是因为木星的四大卫星太小,它们无法产生那种大的潮汐反应来产生如此显著的升温,不过如果木星系统中其他卫星的引力则就另当别论了。此时出现一种被称为潮汐共振的现象。

“共振会产生更多的热量,”Hay指出,“基本上,如果你推任何物体或系统然后放手,它就会以自己的固有频率摆动。如果你一直以正确的频率推动系统,这些摆动会越来越大,就像你推秋千一样。如果你在正确的时间推动秋千它会荡得更高,但如果时机不对秋千的运动就会被抑制。”

“这些潮汐共振在这项工作之前就已经被发现了,但只有木星引起的潮汐最近才被发现,它只有在海洋非常薄(小于300米或低于1000英尺)的情况下才会产生这种共振效应,而这是不太可能的。当潮汐力作用在海洋上时,它会在表面产生潮汐波,最终以一定的频率或周期绕赤道传播。”

亚利桑那州的研究小组通过运行计算机模型发现,单是木星不足以在卫星中产生正确的共振频率,但当把其他卫星插入这个方程式后,潮汐力开始跟每个卫星的共振频率相匹配。此时就会产生更多的热量,如果地下海洋的厚度在正确的范围内,那么内部的水或岩石就会融化,这跟目前的估计要接近得多。

根据Hay的说法,目前的模型假设潮汐共振仍是相对温和的,所以下一步将是消除这个限制。除了提供一个机制来解释伽利略卫星的加热,这个模型还可以帮助计算它们海洋的真正深度。

相关研究报告已发表在《Geophysical Research Letters》上。

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