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佩萊火山

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木衛一後半球彩色圖，突出顯示了環佩萊火山的大紅環

佩萊火山（Pele）是木星的衛星-木衛一上一座活躍的火山 ，它位於木衛一後半球南緯18.7度、西經255.3度處[1]。從1979年的「旅行者1號」起，多艘太空探測器都在佩萊火山觀測到了一束300公里（190英里）高的巨大火山噴流，雖然現已不再存在[2]。1979年3月8日，佩萊火山噴流的發現證實了木衛一上火山活動的存在[3]，該火山噴流與位於多瑙河高原北端的一座熔岩湖有關，佩萊火山還由於噴出的含硫沉積物在其周圍形成一圈連續的大紅環而特別醒目。

觀察

「旅行者號探測器」

「旅行者1號」拍攝的佩萊火山（中間右上方）及絲狀噴流的拼接圖

1979年，當「旅行者1號」接近木星系統時，它獲取了許多包括木衛一在內的木星和四顆最大衛星的照片。這些木衛一的遠距離圖像中，最特別的特徵之一，就是在該衛星的後半球（在同步旋轉衛星中，總是背向運動方向的一面，如木衛一）有一圈巨大、卵狀、類似蹄印的圓環[4]。 在1979年3月5日的交會中，「旅行者1號」獲得了蹄印區的高分辨率圖像，位於圓環中部的領結形暗區中心是一處部分被黑色物填滿的窪地[5]，大小為30公里（19英里）×20公里（12英里）。該窪地後來被發現是佩萊火山的源頭，位於一座裂谷山脈（後被命名為多瑙河高原)的北端山腳。從此次交會中，帶來另一有關木衛一表面火山活動的意外證據，研究人員推測佩萊火山很可能是一座破火山口 [4]。

1979年3月8日，在飛過木星三天後，「旅行者1號」拍攝了木星各衛星的照片，以幫助任務控制人員確定探測器的確切位置，這一過程稱為光學導航。當在處理木衛一圖像以增強背景恆星可見度時，導航工程師「琳達·蒙娜碧朵」（Linda Morabito）在木衛一邊沿發現了一道300公里（190英里）高的雲[3]，起初，她懷疑這是木衛一後面的另一顆衛星，但在那個位置，並沒有一顆大小合適的天體。該特徵後被確認為是一道300公里（190英里）高、1200公里（750英里）寬，由佩萊火山活動所產生火山噴流[6]。根據在佩萊火山觀測到的噴流大小，大紅（或在旅行者號相機中顯示為黑色，該相機對紅光波長不敏感）環被確認是火山噴流的沉積物[6]。循着這一發現，又在「旅行者號」早先拍攝的木衛一圖像中找到了另外七束火山噴流[6]，根據「旅行者1號」紅外干涉光譜儀（IRIS）對佩萊火山熱輻射的探測，檢測到一個表明冷卻岩漿的佩萊火山「熱點」，進一步揭示了地表火山活動與「旅行者1號」所觀測到的噴流之間的關係[7]。

1979年7月，在「旅行者2號」飛越木星系統時， 它的成像任務被更改為對木衛一火山噴流的觀察並尋找地表變化。佩萊火山的噴流柱，當時被命名為「流束1」，因為它是在木衛一上發現的第一束火山噴流，但當「旅行者2號」四個月後到達時，卻並沒有找到它，而對地表的監測結果顯示，環佩萊火山周圍的紅環已發生了變化[8]。當「旅行者1號」與木衛一交會時，它的外觀尚呈心形或蹄印狀，而現在它變得更橢圓，南部缺口現也已被噴流沉積物填滿，這一切都可能緣於佩萊火山口內的噴流源分布發生了改變[8]。 1979年，在「旅行者探測器」交會之後，國際天文學聯合會以夏威夷神話中的火山女神「佩萊」（Pele）正式命名了該火山[1]。

「伽利略號探測器」和其他

紅外圖像顯示的佩萊火山熔岩湖夜間熱輻射

1995年「伽利略號探測器」抵達木星系統，從1996年到2001年，通過觀測木衛一近紅外波段的熱輻射，定期監測木衛一上的火山活動，在木衛一處於木星陰影中時對其進行成像，以便在可見光和近紅外波段尋找熱點，並在各個軌道位置對木衛一進行拍攝，以發現表面沉積覆蓋層及熔岩流外觀的變化[9]。當木衛一處於木星陰影中時，幾乎每一次拍攝木衛一後半球圖像時，都能探測到佩萊火山的熱輻射[5]。佩萊火山噴流被發現是間歇性的，且主要由含塵量偶爾上升的氣體組成。在1996年12月和2000年12月，「伽利略號探測器」只探測到兩次噴發[2]， 在這二次中，噴流高度從 300公里（190英里）到426 公里（265英里）不等[2]。1999年10月，當「伽利略」號飛越木衛一時，哈勃太空望遠鏡也探測到了佩萊火山噴流，並首次在噴流中探測到了雙原子硫(S2) [10]，而在火山的白晝圖像中也觀察到了環佩萊火山的大紅環形狀和亮度的細微變化，其中最明顯的變化出現在1997年9月，當時皮蘭火山口噴發產生的黑色火山碎屑物覆蓋了佩萊火山的部分噴流沉積物。

1999年10月至2001年10月「伽利略號探測器」與木衛一交會期間，在佩萊火山位於木衛一夜面時，探測器利用相機和紅外光譜儀對它進行了三次不同時段的觀測。攝像機顯示了沿佩萊火山口（這一術語用於描述木衛一上的火山窪地，類似於破火山口）邊緣的一條彎曲亮點線，又在火山口東南部的東西向暗黑帶內，觀測到大量的熱輻射，其溫度和分布形同一座大玄武岩熔岩湖[5]。

佩萊火山的熱輻射也在2000年12月和2001年12月分別被「卡西尼探測器」和位於夏威夷的凱克望遠鏡，以及於2007年2月發射的「新視野號探測器」觀察到[5][11][12]。

物理特性

熔岩湖

1979年3月「旅行者1號探測器」拍攝的佩萊火山高分辨率圖像

佩萊火山有一座位於多瑙河高原北端山腳，範圍為30公里（19英里）× 20公里（12英里）的火山坑，或稱「火山口」[5]，該火山口坑底各部分高低不同，有較高的東-北區和由東西走向地塹構成的南部低洼區[13]。從2001年10月「伽利略探測器」拍攝的照片中可看到，當佩萊火山位於木衛一夜面時，其火山活動似乎僅限於火山口邊緣的小「熱點」和坑底東南黑色區內一處更強烈的熱輻射源區[5]。該種火山活動分布，再加上佩萊火山作為一個「熱點」在溫度和輻射能量方面的穩定性，表明佩萊火山是一座巨大且又活躍的熔岩湖，這種噴發類型與活動強度的組合，在木衛一其它地區尚未發現過[13]。伽利略數據中所看到的小熱點，代表了熔岩湖沿火山口內邊緣的破裂地殼區，在此，新的熔岩得以暴露在地表上[5]，而「旅行者1號」圖像中顯示的火山口內東南黑色地帶區，是佩萊火山最活躍的區域，也是熱熔岩流最泛濫的區域。該區域被認為是一座洶湧翻騰的熔岩湖，暗示着有大量熔岩從地下岩漿庫湧入湖中，並彌散着大量的溶解揮發物，如二氧化硫和雙原子硫[13]，考慮到佩萊火山在近紅外波段的亮度，這一部分熔岩湖的活動也可能導致「熔岩噴泉」的形成[13][14]。

利用在佩萊火山觀測到的「熱點」近紅外輻射光譜測得的岩漿溫度，與熔岩湖噴出的硅酸鹽玄武岩岩漿相一致。「伽利略」和「卡西尼」圖像的測量結果顯示峰值溫度至少為攝氏1250–1350°C，而「伽利略」上的近紅外光譜儀發現的峰值溫度為攝氏1250–1280°[15]，儘管佩萊火山的噴發能量和溫度在「伽利略」任務的大部分時間尺度上都保持一致，但利用「卡西尼探測器」在木衛一被木星日蝕期間所獲數據測得的佩萊火山亮度值，發現在分時標度上存在相當大的變化[5]。

噴發流束

佩萊火山的噴流是原型的「佩萊型」：高300公里（190英里），環噴孔分布有一圈同心的淺紅色沉積覆蓋毯，它的噴流則形成於佩萊熔岩湖岩漿所產生的硫蒸氣(S2)和二氧化硫 (SO2) [13][14]。佩萊噴流中硫化物蒸氣的持續存在，可能是該熔岩湖有持續穩定的岩漿供應源[14]，且很可能是木衛一上最大的火山岩漿庫[16]。「旅行者1號」拍攝的噴流照片顯示了一束沒有中心柱的巨大結構，類似較小的普羅米修斯型噴流，具有絲狀般的結構[17]，由佩萊熔岩湖向空中噴出的含硫氣體所形成的流束與這種形態相一致，當它們沿傘狀流束的外緣抵達激波罩時，就凝結成固體S2和SO2[2]，這些凝聚物隨後沉積到地表，在佩萊火山周圍形成一圈巨大、紅色的橢圓環[13]。橢圓形的沉積物大致呈南北向延伸，可能是東-西向線性源區的結果，與坑底南部的地塹及坑內更活躍區的形狀和方向相一致[18]。隨着時間的推移，各種太空探測器所觀測到佩萊熔岩湖各部分的不同活動，也可能是噴流沉積物的亮度和形狀變化所致[18][19]。

參考文獻 

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