基本介紹
- 中文名：冰衛星
- 含義：表面主要由冰體構成的衛星
- 時間：2013年4月18日
- 代表：木衛二
簡介,背景介紹,探索歷程,
簡介
冰衛星是表面主要由冰體構成的衛星或小行星。冰衛星的表面之下可能存在海洋，其中心可能擁有一顆矽酸鹽或金屬質的岩石核心。另外有人認為冰衛星是由第二態冰構成的。這類衛星中的典型代表是木衛二。
因為冰衛星受到引力潮汐的加熱作用，所以它是液態水分布最普遍的一類衛星，也是最有可能存在水基生命的衛星。一些冰衛星上存在著冰火山和噴泉，例如土衛二。
因為冰衛星受到引力潮汐的加熱作用，所以它是液態水分布最普遍的一類衛星，也是最有可能存在水基生命的衛星。一些冰衛星上存在著冰火山和噴泉，例如土衛二。
背景介紹
冰不含任何放射性同位素，它給地球提供主要的熱量來源，放射性同位素的冰衛星岩石部分產生的熱量可能太小了以致於不能使冰融化和流動，更不用說大冰塊深層的岩石了。在遙遠的過去，當放射性同位素在岩石組分中十分豐富時，輻射熱就已使較稠密的岩石物質滲透到冰中，從而形成一種特殊冰核，然而凍的淺對流是由輻射熱而引起的，淺對流非常強大，足以產生凍的火山作用和表面變化，這對任何冰衛星來說在其壽命的90%時間內是不能預料的。
因此，“旅行者”1號太空飛行器從木衛一發回照片時，想必會使人們產生驚奇，木星的最內部衛星顯示:火山一直在噴發，不僅如此，次衛星一一木衛二顯示出擁有一層薄薄的冰表面，它像蛋殼一樣破碎了，而且擁有6個可辨認的突發性火山口，可以看到，其鄰星一一木衛三被不同尋常的凸凹不平的地帶所橫斷，顯而易見，這是各種構造活動造成的結果，儘管這些衛星是古老的星體，但是，甚至連最年輕的凹陷帶都是火山噴發最嚴重的地區。連木星的最大衛星—木衛四的最外部都有一層淡褐色的火山噴射面，這幾乎是每個人都可以預料到的。木衛一上的火山，其最引人注目之處要算它的火山口了，它向太空噴射了100多公里的硫和二氧化硫，而且火山口內充滿了熱熔物質。這種熱流物質在遠離
木衛一火山相當遠的地方就能探測到，而且關於這些熔岩是由矽酸鹽岩石構成的(像地球上的熔岩一樣)還是由硫構成的論點、目前還存在著大量的爭論。熔硫和熔岩石可能在木衛一的近年火山史上起到了一定的作用。在外行星的衛星當中，除結冰規律外，木衛一還是一顆岩石衛星，它比月球稍稠密，體積較大，就像在月球，火星和水星上的情況一樣，它的輻射熱量對今天的火山活動而言應大大減少。
也許對木衛一的現在活動不感到驚奇的唯一之人，便是美國加州大學聖巴巴拉分校的斯坦頓·皮爾以及他的美國航空和航天局阿姆斯研究中心的同事們了，他們發揮了聰明才智並準確無誤地在“旅行者”1號太空飛行器飛到木星的前幾天在《科學》雜誌上發表了一篇論文，在文中他們預測出，木衛一的內部十分熾熱，甚至可能會熔化，產生潮汐熱，這種相同的機理會促使地球上的海洋產生潮汐，還會在行星和衛星之間產生引力。
木衛一的內部出現潮汐熱是因為木星的引力受到破壞所致，這會在其表面產生足夠的能量，從而帶動地質活動。在最靠近木星邊界的中心，其引力形成了大約1公里高的潮汐暴增。如果木衛一的旋轉比其環繞的木星運動快，那么這種潮汐暴增就會在木衛一的周圍作反向運動，使其與木星保持相對，這種情形不大容易發生，運動的阻力在木衛一的旋轉過程中轉換成了一種拖曳力。
這種潮汐阻力已減慢了幾乎所有衛星的旋轉運動，其中包括木衛一和我們地球的衛星月球，直到它們的旋轉速度與行星的旋轉速度相同的這種現象叫做“俘獲的旋轉運動”，使衛星同其行星水遠保持在同一個面上，這就是我們在地球上只能看到月球的一側的原因之所在。
當一顆衛星被捲入俘獲的旋轉運動時，行星對面引起潮汐暴增的受力就會變大，而且衛星內部消耗的能量可能會產生內部對流和大面積的融化，但這一過程在早期就已完成，即差不多在衛星誕生1000萬年時就已結束。一旦一顆衛星隱入俘獲的旋轉運動，便沒有可能產生大量熱量了，而且產生大量地質活動的機會也幾乎沒有了。
當一顆行星有幾顆衛星時，引力的相互作用常常使相鄰衛星的軌道彼此產生簡單的倍數，這種現象叫做“軌道共振”。例如:在木星周圍，對木衛三的每個軌道而言，木衛二完成了兩次軌道，而木衛一完成了4次軌道，這表明:木衛一每次在其軌道的同一點上超過了木衛二。木衛二有規律的引力使木衛一走了樣，木衛一的軌道速度有規律地變化，而其軸在恆定速度下繼續旋轉。因此，從木星上看，木衛一的旋轉運動經常在其平均位置稍前和稍後之間交替移動。
因此，在木衛一上，潮汐上漲的高度和位置是隨著其面對木星的確切位置而變化的，正是這種變化使木衛一上的火山產生了大量的熱量。當然。任何因素都不是單一的，而軌道上的能量控制著衛星的速度以及它與行星之間的距離，當木衛一的內部增加熱量時，，軌道能量就會在相同的旋轉速度卜失掉。這種作用並非僅限子木衛一，木衛二的極年輕的冰表面是通過木衛三的軌道共振所產生的潮汐熱量的結果。目前，雖然木衛三是一顆無生命的星球，但它仍然是十分活躍的，其潮汐熱量要比木星最外層的大衛星一一木衛四的潮汐熱大得多。土星的衛星之間的軌道共振是長衛二產生初期活動(也許是現在活動)的主要原因。現在的或過去的潮汐相互作用也能在上述七八顆冰衛星中引起熱量的增加，因為這些衛星顯然擁有較長的和較複雜的地質史。在這些相互作用中。最顯著的潮汐相互作用存在於天王星和海王星之中，兩星球存在著明顯的火山口和熔岩流等火山活動的痕跡，除了其地貌由冰構成的之外，其它火山地形就像在地球上和月球上看見的那樣，依稀可見。
儘管熱源在類地星體和冰星體上是不相同的，但是所獲得的結果卻極其相似。冰衛星的變形表面和地球岩層之間的相似性是其凍的獨特多樣性特徵的結果。不同天體上的凍的組成成分是這些天體在旋轉的氣體雲中濃縮及太陽系內產生的塵埃凝結的結果。在木星的巨星中，冰可能是由溶解鹽混雜的凍結水組成，特別是硫酸鎂和硫酸鈉。它們可能已經從這些天體的岩石部分瀝出來了。在木星內或在土星以外的星球內，溫度逐漸降低，而衛星卻已生成了揮發性物質，例如，氨、甲烷、甲醇和氮，並凝結成了水。這些分子在水冰結成的晶休中被吸收了，在某些情況下，甚至已經結成了特殊冰。對這些外來混合物的實驗性研究表明:混合物使冰產生了複雜的溶化作用和結晶作用特徵，仿佛構成岩石的矽酸鹽礦物質混合物一樣。
特別是，當冰混合體融化時。也同樣會按叫做“部分溶化”的過程溶化，例如:冰是由水與氨的混合而生成的，組成兩種共生的不同類型的晶體:純水冰和氫氧化氨。當這種晶體混合物在低壓下溶化時，類似於冰衛星表面的狀況，所有的氫氧化氨晶體和一些水冰晶體首先融化，從而產生了一種被稱為“部分融化”的液體，這種液大約由33%的氨和67%的水組成。它遺留下了一種由水冰晶體組成的固體剩餘物。實驗表明:這種融化在一97C時才發生，因此，融化比較容易。因為這種融化了的物質內所含有的氨的比例要比冰內所含有的比例高。當這種物質再次解凍時，冰便形成了，其內部含有的氨要比原來的冰內的含氨量豐富。
儘管實驗性數據還不足。但是看起來原始冰內含的污染物質可能不止一種。這種情況是可能的，它應產生更為複雜的融化過程，特別應考慮到在高壓下形成的不同的融化成分。由此可見。火山活動活躍的冰衛星可能會產生一系列類型的冰。就像在地球仁由部分矽酸鹽岩石熔化而形成的許多火成岩類型一樣。
融化物不管是液晶還是液體混合物都會流過冰星球的表面，這同類地行星中的火山岩的滑動是一樣的，例如:述描述的氨水溶解要比水粘滯得多在冰衛星的低表面重力下，它會像地球上普通的最不粘滯的熔岩——玄武岩一樣移動。玄武岩形成的熔岩流移動的距離較大，速度較快，從而形成了由平緩熔岩流控制的地貌。大約含80%晶體的熔體會形成糊狀液體和晶體，而民會像流紋岩一樣移動，它是地球上普遍存在的熔岩的最粘稠形式，從而產生了由陡坡熔岩流控制的完全不同的地勢。如有可能，氨水溶體內也存在甲醇，即使晶體沒開始生成，`已也會是粘稠的，就連溶解鹽也增加了最初生成純水的粘稠性。但是熔點要低幾度。
另一種與地面變化過程平行的便是衛星內部靠近表面的地方產生的熔體了，如果側限壓力按這樣一種方式降低，那么蒸氣泡就會隨著熔化的加劇而生成，這種情況可促使爆發性火山突發。隨著氣泡突然而猛烈地擴大，氣泡會分裂熔體，使周圍地區的冰片降落下來在地球土。1991年6月，菲律賓的皮納圖拉山爆發了火成岩碎屑物，擴大的氣泡壓力克服了熔岩的粘結力。
無論行星活動的熱量來源是放射性衰變還是潮汐過程，`已們都是偶然發生的，兩種過程均能導致內部對流和表面活動。在冰天體上，由外太陽系的混合冰展·示的熔化和結晶關係再現了在矽酸鹽岩石中發現的熔化和全奇晶的所有重要特徵。要進一步了解行星是如何起作用的。地質學家們應在地球以外。甚至在類地行星以外進行觀測。
探索歷程
2013年4月18日訊息,英國每日電郵報導，英國科學家表示，很可能在土星和木星的冰衛星上發現外星人的存在。這一發現來自於英國天體生物學中心，後者旨在調查地球以外是否存在外星生命。
歐洲太空局計畫開展木星冰衛星探索任務（JUICE）以調查木星上生命存在的可能性，將於2022年開始的JUICE項目將調查木星的三個主要衛星。該項目中所使用的磁力儀的首席研究員、倫敦帝國理工學院的米歇爾·多赫蒂（Michelle Docherty）教授說道：“我們想要查明的是，木星的衛星是否存在合適的環境以支持生命存在。衛星上需要有液態水，溫熱的氣候條件，環境的長期穩定性以及存在有機化合物。我們認為木衛四、木衛三和木衛二都滿足這些條件，但我們必須真正探索它們才能得出確定性結論。”JUICE項目將發射於2022年，預計於2030年到達木星。
