科學家們可以肯定地說出關於木衛一的兩件事。首先，木星的這顆衛星是已知宇宙中火山活動最活躍的天體。它的表面佈滿了噴射熔岩的火山口，以至於它看起來像一個烤乳酪披薩；其發光的熔岩河流從地平線蜿蜒至地平線；其無休止的噴發將高聳的物質弧線噴射到太空真空中。
其次，沒有人真正知道這個耀眼球體的火熱管道有多深。木衛一的火山是由地殼下方的儲集層供能，還是熱量從更深層的來源（靠近衛星的金屬核心）湧出？解決這個謎團也可能有助於揭示木衛一的姊妹衛星木衛二和其他冰衛星如何在太陽系外緣陽光匱乏的寒冷環境中，設法孕育出廣闊的、可能適宜居住的液態水海洋。現在，一項新研究發表在《自然-天文學》上的作者認為他們找到了答案：他們將賭注押在埋藏在木衛一超現實表面不太深處的“熱引擎”上。
加州理工學院的行星科學家安娜·古爾徹說：“像這樣的研究為深入瞭解火山活動的多樣性和其他世界的內部加熱提供了寶貴的見解。”她沒有參與這項新研究。雖然該論文的結論並非絕對明確，但它們正在幫助研究人員縮小關於熱量如何在其他冰凍外星衛星內部產生及其產生位置的模型範圍。
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在某種程度上，木衛一的內部熱量可以追溯到木衛二及其最近的鄰居衛星木衛三的存在：這兩顆衛星將木衛一繞木星的軌道彎曲成明顯的非圓形橢圓，這使得這座超級火山衛星時而靠近氣體巨星，時而遠離氣體巨星及其扭曲的引力束縛。這種運動在木衛一內部引發了潮汐力，擠壓了衛星的地質內臟，產生了巨大的、製造岩漿的摩擦熱。問題是這種加熱集中在木衛一內部的哪個位置——以及，間接地，木衛二和其他海洋衛星的潮汐加熱可能也起源於哪裡。
美國國家航空航天局的朱諾號探測器提供的觀測幫助填補了木衛一火山熱點的影像，讓科學家們得以收集線索。這些紅外影像“展示了前所未見的東西，”美國國家航空航天局噴氣推進實驗室的火山學家和行星科學家阿什利·戴維斯說，他是這項研究的作者之一。特別是，它們揭示了木衛一較低緯度和赤道廣闊地區比其相對溫和的兩極釋放出更多的火山熱量。這種分佈表明，木衛一的潮汐加熱主要集中在較淺的深度，更靠近地殼。
加州理工學院的行星科學家凱瑟琳·德克萊爾說：“我們一直希望獲得這個資料集幾十年了，它終於來了。”她沒有參與這項新研究。“模型[在很大程度上存在差異]，即融化主要發生在何處——是在核幔邊界的下方，還是靠近地表。”
找出哪種模型最有效需要一張木衛一噴發火山的全球地圖。然而，由於沒有專門用於探測木衛一的航天器專門致力於，因此其火山熱點的地圖——尤其是極地區域的那些——仍然不完整。之前配備紅外相機的航天器大多進行了對木衛一赤道區域進行觀測的飛掠。
朱諾號在2016年進入木星的極地軌道時前來救援。利用這種新穎的視角，科學家們使用該航天器的木星紅外極光繪圖儀（JIRAM）儀器——主要用於研究木星的磁場和極光——對木衛一的兩極進行了長時間的觀察。
在這項新研究中，作者調查了木衛一上266個火山熱點。這張地圖顯示，木衛一較低緯度地區單位面積釋放的火山熱量比兩極多60%。對這種差異的最佳解釋是，木衛一的潮汐加熱主要發生在淺層，要麼是在糊狀的上地幔中，要麼是在地殼下方不久的部分或完全熔融的岩石海洋中。
戴維斯說：“我有點傾向於岩漿海洋。”但證據並不確鑿：噴發火山的位置與任何加熱假說都不完全吻合。“木衛一的情況將更加複雜，”他補充道。
兩極也具有火山活動，這意味著在更深的深度也可能發生一定程度的潮汐加熱。“可能到處都發生一定程度的融化，”德克萊爾說。奇怪的是，北極單位面積釋放的火山熱量是木衛一最南端區域的兩倍多。原因尚不清楚；戴維斯推測，南極下方的地質屏障——可能更厚的地殼或其他一些耐熱構造——阻礙了熱巖流向地表。
儘管這些結果可能是任何人能夠獲得的對超火山天體的最接近X光片的觀察，但它們仍然包含巨大的不確定性。研究人員（包括該研究的作者）甚至不能確定木衛一火山熱排放模式是否是衛星熱流的可靠代表。“岩漿會在它能夠到達地表的地方到達地表，即使那不是直接位於融化源上方，”布法羅大學的行星火山學家特蕾西·格雷格說，他沒有參與這項研究。這些迂迴的遷移使得確定木衛一潮汐加熱的主要位置更加麻煩。
而且，這張木衛一火山熱點地圖也不能一成不變（無論是熔融的還是其他的）。木衛一的火山與地球的火山有一些共同之處：有些火山長期保持活躍，而另一些火山則會發生短暫的陣發性噴發。楊百翰大學的行星地質學家賈尼·拉德博說，其瞬息萬變的火熱面貌是“木衛一令人欣喜之處”。她沒有參與這項研究。“我們永遠無法完成對所有火山活動的測繪。”
本文對衛星噴發的全球描繪可能是同類研究中的首例。但這不會是最後一次。未來木衛一火山熱點的快照可能與這次的快照大相徑庭，可能會支援不同的結論。然而，就目前而言，這張熱快照與過去研究相符，這些研究利用衛星噴發或休眠火山的分佈來確定木衛一熱引擎的位置——而且看起來該引擎是淺層的，而不是深層的。
隨著朱諾號繼續其大膽的飛掠，我們將看到更多火山爆發。“這是你可以想象到的最純粹的發現形式，”戴維斯說。“看到這些東西絕對令人興奮。”
本文的一個版本題為“噴發的衛星”，被改編收錄在2024年2月刊的《大眾科學》雜誌中。本文反映了該版本，並增加了一些為印刷而刪節的材料。