太空探索

木衛四:滿臉隕石坑,寫著古老往事

木衛四直徑 4,821 公里,擁有太陽系最古老、隕擊最密集的表面和最大的多環撞擊盆地瓦爾哈拉,冰殼下可能藏著鹹水海洋;因位於木星輻射帶之外,被視為未來載人深空任務的理想基地。

木衛四:滿臉隕石坑,寫著古老往事

如果把水星搬到木星旁邊,它的個頭會和木衛四(Callisto)很接近:木衛四直徑 4,821 公里,是木星第二大、太陽系第三大的衛星。1610 年 1 月,伽利略第一次用望遠鏡認出它。四顆伽利略衛星中,木衛四離木星最遠,也最為“安靜”——沒有已知的活火山或巨大冰羽,表面卻像一本攤開的撞擊史。

太陽系最古老、隕擊最密集的表面

木衛四以約 188 萬公里的距離繞木星運行,公轉一週約需 16.7 個地球日。由於遠離木星,它幾乎不受潮汐加熱影響,地質活動早早沉寂。結果,它的表面年齡 超過 40 億年,隕擊坑密度接近飽和——每落下一顆新隕石,幾乎都要疊在舊坑之上。亮白色的年輕撞擊坑散佈在暗色古老地表上,宛如一部太陽系編年史。這裡平均表面溫度約零下 139 攝氏度。

伽利略號拍攝的木衛四表面特寫:右側為明亮的 Doh 撞擊坑及其輻射紋,左圖為阿斯加德盆地中央穹丘的高解析度影像
伽利略號拍攝的木衛四表面特寫:右側為明亮的 Doh 撞擊坑及其輻射紋,左圖為阿斯加德盆地中央穹丘的高解析度影像

瓦爾哈拉:太陽系最大的多環撞擊盆地

木衛四最壯觀的地貌是瓦爾哈拉(Valhalla)撞擊盆地:直徑約 600 公里的明亮中央區之外,環繞著一圈圈同心環,最外環距中心約 1,900 公里,整個結構跨度近 3,800 公里,約佔表面積的 16%,是太陽系已知最大的多環撞擊盆地。約 40 億年前,一顆巨型小行星撞上年輕的木衛四,衝擊波在冰殼中激起石子入水般的漣漪,隨即被凍結成永恆的環形"年輪"。

旅行者號拍攝的瓦爾哈拉多環撞擊盆地,明亮的中央區周圍環繞著一圈圈同心環
旅行者號拍攝的瓦爾哈拉多環撞擊盆地,明亮的中央區周圍環繞著一圈圈同心環

內部結構:冰殼、海洋與未分層的深部

木衛四的密度僅約 1.83 克每立方釐米,由大致等量的水冰和岩石構成。與徹底分層為金屬核、巖幔、冰殼的木衛三不同,它的內部從未完全分異:越往深處岩石佔比越高,整體是冰岩緩慢過渡的混合體。最外層是厚約 100 至 200 公里的冰殼,冰殼之下可能藏著一層 地下鹹水海洋,再往下是冰岩混合的深部,直到中心。它還擁有一層薄到幾乎可以忽略的二氧化碳大氣。

木衛四內部結構剖面示意圖:隕擊坑密佈的表面之下是厚冰殼(淺色帶),其下細窄的藍色條帶代表可能存在的鹹水海洋,最內部為冰與岩石的混合體
木衛四內部結構剖面示意圖:隕擊坑密佈的表面之下是厚冰殼(淺色帶),其下細窄的藍色條帶代表可能存在的鹹水海洋,最內部為冰與岩石的混合體

地下海洋的線索

1996 至 1997 年間,伽利略號多次近距離飛掠木衛四,其磁強計記錄到一個隨木星磁場起伏的感應磁場。最合理的解釋是:冰殼之下存在導電的液態層——一片含鹽的地下海洋,深度可能超過 10 公里。近年對這批老資料的重新分析進一步強化了這一證據,不過導電的電離層也可能解釋部分訊號。木衛四是否真是"海洋世界",仍待證實。

人能在木衛四上建基地嗎?

和木衛二相比,木衛四離木星強輻射帶更遠,表面環境相對溫和;水冰還能用來製取飲用水、氧氣和火箭燃料。它的重力約為地球的八分之一,一個 40 千克的孩子站上去,體重秤的讀數會像只有約 5 千克。

但“相對溫和”不等於適合居住:這裡幾乎沒有可呼吸的大氣,極冷,補給又要跨越數億公里。未來基地首先會是密閉艙室或地下設施,而不是可以摘下頭盔散步的小鎮。

為什麼它會被當作深空前哨?

木衛四位於木星最強輻射區之外,表面輻射遠低於木衛二和木衛三,加上地質穩定、冰資源豐富,常被討論為未來外太陽系載人基地的候選地——NASA 本世紀初的 HOPE 概念研究就設想過環繞它的載人方案。探測器方面,歐空局 JUICE 已於 2023 年 4 月發射,按計畫將在 2031 年 7 月抵達木星系統,隨後多次飛掠木衛四,繼續尋找地下海洋線索。

藝術想像圖:歐空局 JUICE 探測器飛掠木衛四,巨大的太陽能帆板掠過隕擊坑密佈的冰質表面
藝術想像圖:歐空局 JUICE 探測器飛掠木衛四,巨大的太陽能帆板掠過隕擊坑密佈的冰質表面

參考資料