新型望远镜技术揭示木卫一的火山表面 比以往任何时候都更清晰

木星卫星木卫一，2024 年 1 月 10 日由 SHARK-VIS 拍摄。这是迄今为止地球望远镜获得的分辨率最高的木卫一图像。该图像结合了红外线、红色和黄色三个光谱带，突出显示了围绕佩莱火山（在月球中心下方和右侧）的红色环和围绕佩莱火山右侧的皮兰帕特拉火山（Pillan Patera）的白色环。图片来源：INAF/大型双筒望远镜天文台/乔治亚州立大学；SHARK-VIS/F.Pedichini 的 IRV 波段观测；D. 处理。Pedichini; processing by D. Hope, S. Jefferies, G. Li Causi

这些观测结果得益于一种被称为"SHARK-VIS"的新型高对比度光学成像仪器，以及该望远镜的自适应光学系统，该系统可以补偿大气湍流造成的模糊。

这些图像将发表在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）杂志上，揭示了直径小至 50 英里的地表特征，到目前为止，只有飞往木星的航天器才能达到这种空间分辨率。据研究小组称，这相当于从 100 英里外拍摄了一张一角硬币大小物体的照片。

通过SHARK-VIS，研究人员确定了木卫一最突出的火山之一--佩莱火山周围的一次重大复燃事件。据论文的第一作者艾尔-康拉德（Al Conrad）称，木卫一是太阳系中火山最活跃的天体，其火山爆发使地球上同时代的火山相形见绌。

大型双筒望远镜干涉仪（LBTI）是一种地面仪器，它将亚利桑那州格雷厄姆山上的两台 8 米级望远镜连接起来，形成世界上最大的单筒望远镜。该干涉仪旨在探测和研究太阳系外的恒星和行星。图片来源：NASA/JPL-Caltech美国国家航空航天局/JPL-加州理工学院

大型双筒望远镜天文台的助理科学家康拉德说："因此，木卫一提供了一个独特的机会，让我们了解在遥远的过去曾帮助塑造地球和月球表面的强大喷发。大型双筒望远镜是亚利桑那大学斯图尔特天文台下属的格雷厄姆山国际天文台的一部分。"

康拉德补充说，像这样的研究将有助于研究人员理解为什么太阳系中的一些世界有火山，而另一些则没有。有朝一日，它们还可能揭示附近恒星周围系外行星系统中的火山世界。

木卫一比地球的卫星略大，是木星伽利略卫星中最内侧的一颗，除木卫一外，还有木卫二、木卫三和木卫四。由于木卫三、木卫二和木卫一之间的引力"拉锯战"，木卫一不断受到挤压，导致其内部摩擦生热--这被认为是木卫一持续而广泛的火山活动的原因。

通过监测木卫一表面的喷发，科学家们希望深入了解月球表面下物质的热驱动运动、内部结构，并最终了解造成木卫一强烈火山活动的潮汐加热机制。

木卫一地壳的横截面，描述了科学家目前对雕刻月球表面和产生月球大气层的地质和化学过程的了解。左侧是类似佩雷熔岩湖产生的硫磺羽流和红环。冰冷岩石圈中的断层是富含硫的硅酸盐岩浆到达地表的通道。木卫一的内部因木星及其两颗卫星--木卫二和木卫三--的引力牵引摩擦而发热，产生熔融岩浆。资料来源：de Pater 等人，2021 年，《年度评论》，根据 Doug Beckner、James Tuttle Keane 和 Ashley Davies 的图表绘制

木卫一的火山活动最早是在 1979 年被发现的，当时美国宇航局旅行者号任务的工程师琳达-莫拉比托（Linda Morabito）在旅行者号进行著名的外行星"大巡游"时拍摄的一幅图像中发现了喷发羽流。从那时起，人们通过太空望远镜和地球望远镜进行了无数次观测，记录了其躁动不安的特性。

研究报告的合著者、美国宇航局喷气推进实验室（JPL）首席科学家阿什利-戴维斯（Ashley Davies）说，SHARK-VIS拍摄的新图像细节非常丰富，使研究小组能够确定一个重大的重现事件，即位于木卫一南半球靠近赤道的一座名为佩莱（Pele）的突出火山周围的羽流沉积物正在被邻近的一座火山皮兰帕特拉（Pillan Patera）的喷发沉积物所覆盖。美国国家航空航天局的伽利略号宇宙飞船在 1995 年至 2003 年期间探索木星系统时也观测到了类似的喷发序列。

戴维斯说："我们将这些变化解释为源自皮兰帕特拉火山喷发的深色熔岩沉积物和白色二氧化硫沉积物，它们部分覆盖了佩蕾的红色富含硫磺的羽状沉积物。在SHARK-VIS之前，从地球上是不可能观测到这种重现事件的。"

合著者、加州大学伯克利分校天文学名誉教授伊姆克-德-帕特解释说，虽然红外线望远镜图像可以探测到正在进行的火山喷发造成的热点，但它们还不够清晰，无法揭示表面细节，也无法明确确定火山喷发的位置。

德-帕特说："像SHARK-VIS和LBT提供的可见光波长的更清晰图像，对于确定喷发位置和红外线无法探测到的表面变化（如新的羽流沉积）至关重要，"他补充说，可见光观测为研究人员解释红外线观测结果提供了重要的背景，包括来自目前正在木星轨道上运行的朱诺号等航天器的观测结果。

SHARK-VIS由位于罗马天文台的意大利国家天体物理研究所建造，由首席研究员Fernando Pedichini领导的团队管理，项目经理Roberto Piazzesi提供协助。2023 年，该仪器与其配套的近红外仪器 SHARK-NIR 一起安装在天文台，以充分利用该望远镜出色的自适应光学系统。该仪器配备了一个快速、超低噪声相机，使其能够以"快速成像"模式观测天空，捕捉慢动作镜头，冻结大气湍流造成的光学变形，并将数据后处理到前所未有的清晰度。

意大利国家天体物理研究所 SHARK-VIS 数据处理经理 Gianluca Li Causi 解释了其工作原理："我们在计算机上处理数据，以消除传感器电子足迹的任何痕迹。然后，我们挑选出最好的帧，并使用我们的同事、佐治亚州立大学的道格拉斯-霍普（Douglas Hope）和斯图尔特-杰弗里（Stuart Jefferies）开发的名为"克拉肯"（Kraken）的高效软件包将它们组合在一起。Kraken 使我们能够消除大气效应，以惊人的清晰度揭示木卫一"。

SHARK-VIS 仪器科学家 Simone Antoniucci 说，他预计将对整个太阳系的天体进行新的观测。他说："SHARK-VIS的敏锐视觉特别适合观测许多太阳系天体的表面，不仅包括巨行星的卫星，还包括小行星。我们已经观测到了其中一些，目前正在分析数据，并计划观测更多。"

编译来源：ScitechDaily