太阳系的活火山

来源: 科学世界

发布日期: 2015-06-17 09:10:52

本文详细介绍了太阳系中的火山活动,包括地球、月球、火星、金星等类地行星和卫星上的火山遗迹,以及木卫一、海卫一、土卫二等卫星上的活火山现象。文章还探讨了火山形成的原因,包括重力分离、核幔分异、地幔柱构造等,并介绍了冰火山的概念及其在太阳系外围天体上的表现。此外,文章还提到了人类通过望远镜和探测器对外星火山的观测技术发展,以及未来可能的新发现。

火山活动并不局限在地球。实际上,在太阳系大多数类地行星和卫星上,都找到了火山曾经活动过的痕迹。在我们的邻居月球上,有一大片土地都覆盖着古代的岩浆流。火星上高耸雄伟的奥林匹斯山和塔西斯高地,是太阳系最大的火山遗迹。而金星的表面则覆盖着火成岩和各种各样的火山特征。

那么,这些火山是怎样形成的呢?

在太阳系形成初期,由于各种元素的比重不同,类地行星会进行重力分离,大部分会产生核幔分异,形成亲铁质的核与亲石质的幔。我们今天收集到的陨铁,就是原行星地核的残骸,而精美的橄榄陨铁,更是核幔边界的证据。石质地幔在放射衰变热量的影响下,会部分熔融,并产生对流运动,生成地幔柱构造。金星上的众多火山,就是地幔柱的产物。

而今天的地球,虽然仍有地幔柱活动,但更重要的是漂浮于上地幔之上的板块构造,火山的物质来源不再是地幔深处,而更多是上地幔和地壳的熔融产物。对于水星和火星,由于体型较小,冷却较快,大部分地幔物质已经固结,只是由冷却导致的水平积压和沉降产生少量岩浆喷口,形成巨型的盾状火山,如火星上的奥林匹斯山。

对于更小的卫星如月球,构造活动在几十亿年前就已经停止,现在早已没有火山活动,只留下残存的遗迹,像久远的伤疤覆贴在坚硬的岩石表面,昭示着曾经热闹非凡的过去。

但对于围绕类木行星运转的卫星来说,巨大行星使其产生的潮汐热量足以使之产生构造运动,这也是那些卫星上火山的动力来源。目前的观测结果表明,太阳系中只有四个地方仍有确凿的火山活动,它们分别是:地球、木卫一、海卫一和土卫二。2014年,金星上曾发现有短暂的亮斑,也被认为可能是火山活动的证据。同时,土卫六和土卫三也可能有火山,水星也可能有岩浆活动。

活火山通常指的是地球上那些正在喷发或者在人类历史上曾经喷发过的火山。这个概念在陆地上很好用,因为我们能近距离地观察它们。然而,有的火山位于很偏远的地区,或者位于海下,我们就很难直接观测它们。更别说那些远在外星球上的火山了。要发现它们的蛛丝马迹,必须装备上火眼金睛——望远镜。然而,尽管望远镜技术发展很快,但我们观测地外火山爆发的能力并没有因此突飞猛进。

直到人类发射了太空望远镜和探测器,我们才发现,原来火山并非地球的专利。

今天,随着观测技术的发展,天文望远镜拓展了我们观测外星火山的能力。只要它们喷发的强度够大,并且位于合适的角度,就能被我们抓个正着。不过,小型的喷发还是不太容易观测到,因为我们没有那么多望远镜,也没法时刻监控太阳系的每个角落。到目前为止,我们已经观测到一些证据确凿的地外火山爆发,也对它们进行了一些研究。

其中最有趣的,莫过于一种叫做“冰火山”(cryovolcanoes)的现象了。它们通常都发生于距离太阳较远的地方。

许多人认为,“火山”这个词顾名思义,喷出的一定是火一般灼热的物质,比如熔化的岩石和气体。这个概念对地球来说,没有太大问题(除了泥火山)。但是,放在地球以外的天体上,就行不通了。距离太阳较近的几颗行星,主要由岩石构成,因此火山爆发时喷出的物质与地球大同小异——炙热的硅酸盐岩浆。

然而,火星轨道之外的行星(包括它们的卫星),大都含有大量气体。这些天体上的火山大都是冰火山。地球火山喷出熔融的岩石,而冰火山则喷出大量冰冻的气体或液体,包括水蒸气、氨气和甲烷等,形成羽状结构。

1977年8月,NASA发射了旅行者2号探测器。它向太阳系外部一路进发,路过了木星、土星和天王星,最终于1989年8月25日来到了海王星。

这是它对太阳系行星的最后一次造访,科学家们决定,何不让它再多逗留一会儿,于是让它近距离飞掠当时已知的两颗卫星中较大的一颗——海卫一。旅行者2号探测器飞掠海卫一时,发现它上面有一些纵横交错的沟壑,就像地球上的裂谷一样。从沟壑中,喷出羽状的氮气和尘埃,高达8公里。由于有这些喷发,海卫一表面十分光滑,因为这些气体凝结后,落回地表,形成一层厚厚的“毯子”,就像下了几天几夜的大雪一样。

海卫一的冰火山是如何发生的呢?一些科学家认为,太阳的热量穿透了海卫一表面的冰层,加热了藏于下方的物质。这些热量使得被禁锢的固态氮升华,体积增大,最终突破冰层,喷发到表面上。这是唯一从外界获取能量的“火山”喷发——人类已知的其他火山能量都来自内部。

20世纪80年代,旅行者探测器路过土卫二时,发现它的表面很光滑。科学家推测,这说明它非常年轻,地质活动应该很活跃。

由于它非常靠近土星E环的核心部位,所以科学家认为,它可能正是E环物质的来源。2005年,卡西尼探测器证实了这种推测。它发现,与海卫一类似,土卫二上也有冰火山的存在。南极附近的地区,正往太空中喷出冰粒子,形成羽状结构。

同年7月14日,卡西尼甚至幸运地从冰火山喷出的羽状物质中穿越而过,让它的仪器得以详细分析其组分,发现其中大部分是水蒸气,还有少部分的氮、甲烷和二氧化碳,证实了土卫二冰火山正是土星E环物质的主要来源。

并不是所有地外火山都是冰火山。有一颗热情如火的星球,随时都有火山爆发,其上布满了炙热的岩浆,这就是木卫一。在过去,人们一直认为木卫一和我们的月亮一样,是一个冰冷死亡的世界。

然而,1979年3月5日,旅行者1号探测器发现了木卫一的火山,揭开了这个火热世界的神秘面纱。通过飞掠木卫一的探测器(旅行者1号、伽利略号、卡西尼号和新视野号)以及地球上的望远镜观测发现,木卫一总共有400多座火山,其中活火山多达150多个。它的表面布满了星罗棋布的火山口,就像一张长满了青春痘的脸。

木卫一是一个非常娇小的卫星,无时不刻受到木星巨大的引力作用影响,同时它还受到其他卫星的引力作用。在这些引力的拉扯过程中,潮汐摩擦在木卫一内部产生了巨大的热量,引起了剧烈的地质活动。轨道偏心率和巨大的潮汐加热使木卫一成为太阳系中地质活动最活跃的地方。它常年把富含硫磺和二氧化硫气体的内部物质,不停息地喷出到500公里的高空,形成伞状的羽状物。它的表面也被这些物质涂抹成一块一块红色、黑色和白色的补丁。

当然有可能。土卫二上的冰火山直到2005年才被人们发现。金星上的疑似火山活动更是到2014年才被发现。目前,我们还没有完成对太阳系所有天体的彻底梳理。我们也可能会在太阳系外围那些冰冻的卫星上发现更多的冰火山,比如木卫二、土卫六、土卫四、木卫三和天卫五等等。我们期待着这些令人惊喜的发现。

UUID: 8be321e2-ab8d-4c69-845c-d3c3b1cfbd05

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院之声公众号-pdf2txt/2015/中科院之声_2015-06-17_「转」新知丨太阳系的活火山.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0070 元