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札巴巴火山

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札巴巴火山中心照片，由伽利略探測器於1999年7月拍攝

札巴巴火山 （Zamama）是木星的衛星-木衛一上一座活躍的火山中心[1][2]，該火山中心於1979年「旅行者1號」飛掠後爆發，成為此代人一生中少數所知的外星復甦火山之一。「伽利略號探測器」進一步的分析和研究有助於全面了解木衛一的火山活動。根據「伽利略探測器」定位，札巴巴火山位於木衛一北緯21度、西經173度處[1][3]，包括一道長150公里（93英里）、溫度1100 K（攝氏830度、華氏1520度）的「裂隙補給型」熔岩流[1]。該火山中心具有爆炸性噴發和溢流式噴發的特點[4]，它的熔岩流似乎源於「普羅米修斯型」火山。

「伽利略探測器」安裝了一系列收集和分析木衛一表面火山活動的遙感儀-近紅外測圖光譜儀(NIMS)、固態成像儀(SSI)、偏振光輻射計(PPR)等。由於沒有從木衛一採集到樣本，因此，所有的解釋都是通過研究「伽利略」數據中的反照率效應、形態和/或光譜變化等得出的。此外，地貌分析被謹慎地應用於這類特殊行星結構的研究[1][5]。1979年，國際天文聯合會以巴比倫神話的基什守護神—「札巴巴」（Zababa），又稱作「札瑪瑪」（Zamama）命名該火山。

「旅行者」和「伽利略」探測器的任務概述

從木衛一獲取的大部分數據都是從軌道成像的地貌學解釋中得出的，「旅行者1號」和「伽利略」都使用了熱遙感來完成這項任務，熱遙感是遙感的一個分支，主要承擔處理和解釋電磁(EM)頻譜的熱紅外(TIR)區段數據。 札巴巴火山是木衛一上61座活躍的火山中心或「熱點」之一[6]，它們都被「旅行者號」、「伽利略號」及地面觀測站觀測到。札巴巴火山首先由「伽利略探測器」所發現[6]，並確定了它的兩種火山活動類型：持續性和偶發性[6]。近紅外測圖光譜儀檢測到札巴巴火山的活動至少已持續了一年以上，因此，它被認為是持久型[6]。但近紅外測圖光譜儀觀察過它九次，僅檢測到五次，這種較低的檢出率可能是由於觀測受限或火山活動暫時減弱之故[6]。

札巴巴火山活動

火山地形

札巴巴火山的熔岩流場，顯示了液態熔岩變成固態熔岩的過程。「伽利略」探測器使用固態成像技術拍攝的照片。

建立木衛一的地形圖是在木星所有衛星中最具挑戰性的，有兩種技術可用於製作木衛一地形圖，如「三維」立體攝影測量（SP）和「二維」光電測斜法（PC）[4]，木衛一火山的特徵很差，因為它們的火山構造不同於研究得很好的行星火山，比如火星上的火山。在木衛一上發現了兩種常見的流場形態：[4]

  • 大範圍的不規則熔岩流（熔岩流被）
  •  中心向外輻射狀流場。

 

顯示了木衛一札巴巴區白色箭頭所標記的三座火山 (札巴巴A、B和C)，札巴巴(A) 盾狀火山和向東交錯蔓延的黑色主熔岩流。

札巴巴活動火山中心的形態特徵是中心向外輻射的流場，在該區域中坐落了多座陡峭的盾狀火山：

  • 「札巴巴 A」位於北緯18°、西經 175°處，根據電腦估算它寬約40公里(25英里)、高1.5公里(0.93英里)，平均坡度40°，向東延伸約140公里(87英里)並超出可視的陡峭盾狀火山邊界[4]。「札巴巴 A」是札巴巴流場的發源地[7]，火山活動的來源，既有矽質的，也有硫化物的，雖然扎巴巴火山發源於普羅米修斯型地幔柱[7]。
  • 「札巴巴 B」位於「札巴巴 A」東南75公里(47英里)處，約40公里(25英里)寬、1-1.5公里(0.62-0.93英里)高，高度來自電腦對陰影的測量[4]。
  • 「札巴巴 C」位於北緯15°、西經170°處，距札巴巴火山中心東南175公里(109英里)，計算機測得的高度約250米(820英尺)，坡度介於3°-5°之間[4]。

表面變化

1979年「旅行者1號」探訪期間，札巴巴火山中心似乎處於非活躍狀態，或可能被沃隆德火山的沉積物掩埋。相比之下，「伽利略」觀測期間，札巴巴火山中心卻是一個非常活躍的熱點。在固態成像儀拍攝的圖像中，札巴巴火山中心顯示了三處明顯的表面變化，顯示它們是位於黑色熔岩流，直徑約370公里(230英里)的明亮光環，此外，在中間突出的噴發流北面及東北沉積了新的黑色環。首先，這次最突出的中央噴發發生在北緯18°、西經171°處，總計有13.6萬平方公里(5.3萬平方英里)的區域發生了改變； 第二，一次新的噴發導致西側的中央黑色沉積物變寬，新的亮環沿着熔岩流邊緣沉積下來，總計約3.7萬平方公里(1.4萬平方英里)的區域受到影響；第三，當「伽利略」號在環繞木星的第14個軌道上運行時，扎巴巴的第三束羽流正在活躍地噴發，新沉積物漫延了150±5公里(93.2±3.1英里)併集中在噴發中心東面，涉及範圍約9.6萬平方公里(3.7萬平方英里)[8]。

溫度

噴發速率圖顯示的驟降曲線表明噴發活動減弱或舊岩漿流表面冷卻。同時，它顯示的一個尖峰，表明新一輪的噴發開始。噴發流量圖比較了札巴巴火山與其它相同噴發風格的愛奧尼亞火山。

  「伽利略探測器」近紅外測圖光譜儀採集了用於分析噴發強度的數據，並通過雙溫模型測定其溫度和噴發強度。模型表明札巴巴火山溫度為1173±243K(攝氏900±243°；華氏1652±437°)。含高矽的火山碎屑流溫度可達攝氏(1470 K；華氏2190°)，而札巴巴火山溫度也如此之高，表明它為矽質岩漿，但目前尚缺乏可用作成分分析的扎巴巴火山岩漿樣本[9]。

成分

札巴巴熔岩流顯示，它是一座帶中央噴口和裂谷帶(rift zone)的盾狀火山，該裂谷帶似乎為「伽利略號」所見到的黑色流場提供了來源。該流場靠近中心處時變窄變薄，越遠離中心則越寬闊，這種現象可能緣於從火山邊緣到附近平原之間的坡度變化。由於硫質岩漿成分或矽酸鹽岩漿被硫質沉積物覆蓋之故，從中心噴口流出的是明亮的流體。不過，該火山噴出的熔岩成分仍然很神秘[7]。

火山參數

相較於札巴巴火山的熔岩噴發強度，木衛一上其它同類噴發風格的火山都比它高，且與地球上的火山相比，如夏威夷基拉韋厄火山則威力更強大。

近紅外測圖光譜儀的數據分析確定了木衛一上火山熱排放的可變性，尤其是札巴巴火山在1038天（1996年6月28日至1999年5月2日）的活動過程中，結果顯示[5]：

  • 平均體積噴出速率在周期開始時降低，表明噴發活動減弱，或舊的熔岩流表面已冷卻。而後，火山活動增強，預示着火山爆發的開始；
  • 在札巴巴火山觀察到的總噴發強度為1.25×1019 焦耳；
  • 平均噴發強度為139.8吉瓦；
  • 該時期噴出的熔岩總量為3.5±1.4公里3(0.84±0.34英里3)；
  • 平均噴出的熔岩量為39.4±15.5米3/秒(1390±550英尺3/秒)

對比與演變

愛奧尼亞火山和地球火山的比較

  • 與木衛一上各種類型的噴發相比，札巴巴火山的體積排放率較低[5]；
  • 與夏威夷基拉韋厄火山等地球火山相比，札巴巴火山的噴發強度則更大[5]；
  • 總體來看，與同一噴發類型的火山相比，木衛一火山的噴發體積通量和活動範圍比地球上的更大[5]。

愛奧尼亞盾狀火山的演化

演示火山火山口如何坍塌

大多數愛奧尼亞火山開始時都是陡峭的盾狀火山，經過一段噴發構造階段後，中央區崩塌形成一個破火山口。由於陡峭的盾狀火山還不曾觀測到內部坍塌的火山口，表明坍塌後陡峭火山沒得到改造，這可能與溫度變化、噴發速率和/或熔岩成分等各種變量有關。未能改造的盾狀火山肇因，主要是無法獲取岩漿房源源不斷的岩漿支持。這些解釋可能是一種預示，當前的盾形火山將遵循這一模式並轉化成火山口-成為一個噴發點[4]。

未來的探索

2013年威廉姆斯(Williams)提出了未來木衛一觀測所需的各種設施：「未來木衛一探測的建議包括 ：1) 一艘環木星的「發現者」或「新前沿」級「木衛一觀察者」太空探測器；2) 一架具備繞射極限能力的天基紫外望遠鏡；3) 能夠在各種時間尺度（秒、分、小時、天、月、年）上長期監測木衛一的天基計劃；4) 延長地基8-10米級，尤其是具有夜間自適應光學功能望遠鏡的木衛一觀測時間」[10]。  

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Davies, Ashley Gerald; McEwen, Alfred S.; Lopes-Gautier, Rosaly M. C.; Keszthelyi, Laszlo; Carlson, Robert W.; et al. Temperature and area constraints of the South Volund volcano on Io from the NIMS and SSI instruments during the Galileo G1 orbit. Geophysical Research Letters. October 1997, 24 (20): 2447–2450. Bibcode:1997GeoRL..24.2447D. doi:10.1029/97GL02310. 
  2. ^ McEwen, Alfred S.; Simonelli, Damon P.; Senske, David R.; Klaasen, Kenneth P.; Keszthelyi, Laszlo; et al. High-temperature hot spots on Io as seen by the Galileo Solid State Imaging (SSI) experiment. Geophysical Research Letters. October 1997, 24 (20): 2443–2446. Bibcode:1997GeoRL..24.2443M. doi:10.1029/97GL01956. 
  3. ^ Davies, Ashley Gerard. Volcanism on Io: A Comparison with Earth. Cambridge University Press. 2007. Bibcode:2007vice.book.....D. ISBN 978-0-521-85003-2. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Schenk, P. M.; Wilson, R. R.; Davies, A. G. Shield volcano topography and the rheology of lava flows on Io. Icarus. May 2004, 169 (1): 98–110. Bibcode:2004Icar..169...98S. doi:10.1016/j.icarus.2004.01.015. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 Ennis; M. E.; Davies, A. G. Thermal Emission Variability of Zamama, Culann and Tupan on Io Using Galileo Near-Infrared Mapping Spectrometer (NIMS) Data. 36th Annual Lunar and Planetary Science Conference. 14–18 March 2005. League City, Texas. 1474. March 2005 [2020-10-22]. Bibcode:2005LPI....36.1474E. （原始內容存檔於2020-10-26）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 Lopes-Gautier, Rosaly; McEwen, Alfred S.; Smythe, William B.; Geissler, P. E.; Kamp, L.; et al. Active Volcanism on Io: Global Distribution and Variations in Activity. Icarus. August 1999, 140 (2): 243–264. Bibcode:1999Icar..140..243L. doi:10.1006/icar.1999.6129. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 Keszthelyi, L.; McEwen, A. S.; Phillips, C. B.; Milazzo, M.; Geissler, P.; et al. Imaging of volcanic activity on Jupiter's moon Io by Galileo during the Galileo Europa Mission and the Galileo Millennium Mission. Journal of Geophysical Research. December 2001, 106 (E12): 33025–33052. Bibcode:2001JGR...10633025K. doi:10.1029/2000JE001383. 
  8. ^ Geissler, Paul; McEwen, Alfred; Phillips, Cynthia; Keszthelyi, Laszlo; Spencer, John. Surface changes on Io during the Galileo mission. Icarus. May 2004, 169 (1): 29–64 [2020-10-22]. Bibcode:2004Icar..169...29G. doi:10.1016/j.icarus.2003.09.024. （原始內容存檔於2020-10-18）. 
  9. ^ Davies, Ashley Gerard. Volcanism on Io: Estimation of eruption parameters from Galileo NIMS data. Journal of Geophysical Research. September 2003, 108 (E9): 5106–5120. Bibcode:2003JGRE..108.5106D. doi:10.1029/2001JE001509. 
  10. ^ Williams, David A. The Future of Io Exploration. Geological Society of America 125th Anniversary Annual Meeting & Expo. 27–30 October 2013. Denver, Colorado. 2013 [2020-10-22]. Paper No. 305-6. （原始內容存檔於2020-10-25）. 

延伸閱讀

  • Williams, David A.; Keszthelyi, Laszlo P.; Schenk, Paul M.; Milazzo, Moses P.; Lopes, Rosaly M. C.; et al. The Zamama–Thor region of Io: Insights from a synthesis of mapping, topography, and Galileo spacecraft data. Icarus. September 2005, 177 (1): 69–88. Bibcode:2005Icar..177...69W. doi:10.1016/j.icarus.2005.03.005. 
  • Davies, Ashley Gerard; Lopes-Gautier, Rosaly; Smythe, William D.; Carlson, Robert W. Silicate Cooling Model Fits to Galileo NIMS Data of Volcanism on Io. Icarus. November 2000, 148 (1): 211–225. Bibcode:2000Icar..148..211D. doi:10.1006/icar.2000.6486. 

 

外部連結

 

 

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