詹姆斯·韦伯望远镜揭示木卫一火山与硫气氛的震撼景象

在木星和其他木卫的引力拉扯下，欧罗巴不断受到拉伸和压缩。这些扭曲产生的热量使得欧罗巴内部的某些区域融化，因此，欧罗巴成为我们太阳系中火山活动最频繁的天体。

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）最近为我们了解欧罗巴提供了新的机会。利用其近红外光谱仪的数据——该仪器可以探测不同成分和温度对应的波长——Imke de Pater及其同事对欧罗巴的火山和大气进行了新的研究。

研究人员首次在2022年11月观察到木卫一（Io），并发现了在熔岩流场Kanehekili Fluctus附近发生的非常强烈的火山喷发。这些观察首次揭示了木卫一上一些火山会释放一种激发态的硫单氧化物气体，证实了该团队20年来的假设。JWST还探测到Loki Patera巨大的熔岩湖热辐射的增加，这是因为湖面厚重的固体表壳下沉到下面的熔融熔岩中所导致的。

九个月后，在2023年8月，研究人员再次通过JWST观察木卫一的同两个区域。和2022年一样，木卫一在木星的阴影中，使得捕捉到可能被阳光遮挡的波长辐射成为可能。

新图像捕捉到了来自同两个区域的红外热排放。然而，2022年Kanehekili地区喷发的熔岩流已经扩展，覆盖面积超过4300平方公里，约为2022年时的四倍。在Loki Patera，新的地壳已经形成并冷却，这与过去几十年湖泊的变化相符。

新图像还捕捉到了Kanehekili Fluctus上方的木卫一大气中的一氧化硫排放情况——以及另外两个与火山活动没有明显关联的区域，研究人员认为这与“隐形火山活动”有关。这是另一个首次，2023年的图像揭示了在木卫一大气中出现了从未见过的波长的硫气排放。与一氧化硫集中在零散区域不同，硫气在北半球的某些区域分布得更均匀。

数据表明，这些硫排放并不是来自火山喷出的硫原子，而主要是木卫一的等离子体环中电子产生的——这是一个围绕木卫一轨道的高带电粒子区域——穿透木卫一主要由二氧化硫构成的气氛，从而在碰撞时激发了硫原子。

詹姆斯·韦伯太空望远镜观察木卫一时的角度，加上北半球与等离子体环的位置相比，解释了为什么检测到的排放集中在北半球。结合凯克天文台和哈勃太空望远镜的数据，这些新发现表明，这个等离子体环与气氛系统在几十年内保持相当稳定。

这项研究已经在 《地球物理研究：行星》 上 发表。

更多信息： Imke de Pater 等人，首次在近红外JWST观测中发现[SI]，并与SO排放、演变中的火山喷发以及之前的UV HST-STIS [SI]排放进行比较，《地球物理研究：行星》 (2025)。 DOI：10.1029/2024je008850