天文學(xué)家對旅行者1號、旅行者2號和伽利略號探測器圖像數(shù)據(jù)進行了詳細的重新分析，以研究在木星衛(wèi)星木衛(wèi)三上發(fā)現(xiàn)的古代構(gòu)造槽的方向和分布。研究發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)三這些凹槽幾乎集中分布在衛(wèi)星的整個表面。

這種全球分布表明，這些凹槽實際上可能是覆蓋木衛(wèi)三一個巨大隕石坑的一部分。根據(jù)日本國家天文臺(NAOJ)使用“PC群集”進行的計算機模擬結(jié)果：

推測這個巨大隕石坑可能是一顆半徑為150公里的小行星撞擊結(jié)果，如果是這樣的話，該結(jié)構(gòu)是迄今為止太陽系中發(fā)現(xiàn)影響最大的結(jié)構(gòu)。歐洲航天局的CYUE(木星冰月探測器)任務(wù)將于2022年發(fā)射，2029年抵達木星系統(tǒng)，旨在增加我們對包括木衛(wèi)三在內(nèi)的木星衛(wèi)星了解。希望這次探測能證實這項研究成果，進一步推進我們對木星衛(wèi)星形成和演化的認(rèn)識。

研究背景

研究小組由神戶大學(xué)研究生院科學(xué)研究生院助理教授平田直幸和大津敬二教授，以及大島學(xué)院國立技術(shù)研究所副教授Suetsugu Ryo組成，其研究發(fā)表在《Icarus》期刊上。旅行者1號和旅行者2號分別在1979年和1980年近距離接近木衛(wèi)三，拍攝了木衛(wèi)三表面的詳細圖像。此外，伽利略號航天器在1995年至2003年圍繞木星運行，獲得了大量木衛(wèi)三圖像數(shù)據(jù)。木衛(wèi)三是太陽系中最大的衛(wèi)星，比冥王星和水星都大。

包括木衛(wèi)三在內(nèi)的木星衛(wèi)星形成和演化與木星系統(tǒng)的形成和演化密切相關(guān)，進而與太陽系的形成和演化也密切相關(guān)。因此，有各種正在進行和計劃中的航天器任務(wù)來探索衛(wèi)星系統(tǒng)，包括美國宇航局（NASA）正在進行的“朱諾號”任務(wù)，計劃在2030年左右對木星衛(wèi)星木衛(wèi)二進行詳細觀測的歐羅巴快艇，以及上述的CYUE任務(wù)。這項研究的目的是證實木星衛(wèi)星形成和演化的一個方面，并為這些航天器任務(wù)做出貢獻。

研究小組重新分析了木衛(wèi)三的圖像數(shù)據(jù)，特別是，研究人員將重點放在木衛(wèi)三溝槽上，這是被認(rèn)為是衛(wèi)星上最古老的地表特征構(gòu)造槽。因此，研究小組假設(shè)，他們可以通過分析這些地質(zhì)構(gòu)造來重建木衛(wèi)三的早期歷史。木衛(wèi)三的表面分為黑暗地形和明亮地形，黑暗的地形非常古老，有許多殘存的隕石坑，以及凹槽的形成。明亮地形是相對較新的，幾乎沒有隕石坑。

研究成果

發(fā)現(xiàn)這兩種類型的地形排列不連貫，隨機分布在木衛(wèi)三的整個區(qū)域。溝槽被認(rèn)為是木衛(wèi)三最古老的地質(zhì)特征，因為它們只在黑暗的地形上發(fā)現(xiàn)，后來在它們的頂部形成了許多撞擊坑。這項研究重新分析了這些溝槽在木衛(wèi)三整個表面的分布，首次揭示了幾乎所有這些溝槽都圍繞著一個點同心排列。研究表明，這些溝槽在整個衛(wèi)星上形成了巨大的同心圓環(huán)。

由此可以推測，在明亮地形區(qū)形成之前，木衛(wèi)三的整個表面都覆蓋著一個巨大的多環(huán)撞擊坑。木星另一顆衛(wèi)星卡利斯托的表面仍然有一個類似環(huán)形結(jié)構(gòu)，被稱為瓦爾哈拉隕石坑。到目前為止，瓦爾哈拉隕石坑一直是太陽系中已發(fā)現(xiàn)的最大多環(huán)隕石坑，半徑約為1900公里。然而，木衛(wèi)三上的多環(huán)隕石坑沿著衛(wèi)星表面測量的徑向范圍達7800公里。研究進行了模擬，以估計形成這個巨大隕石坑的撞擊規(guī)模。

模擬使用日本國家天文臺(NAOJ)的“PC集群”進行，結(jié)果表明，一顆半徑為150公里的小行星，以20公里/秒的速度撞擊木衛(wèi)三，就足以在衛(wèi)星表面形成觀測到的結(jié)構(gòu)，這樣的撞擊大約發(fā)生在40億年前。大范圍撞擊余波留在木衛(wèi)三表面的發(fā)現(xiàn)，這對衛(wèi)星的形成過程和演化意義重大。例如，木星衛(wèi)星卡利斯托與木衛(wèi)三的大小大致相同，但人們認(rèn)為它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是由差異化的層組成。另一方面，木衛(wèi)三被認(rèn)為是由巖石、鐵和冰組成的差異化的層狀結(jié)構(gòu)。

形成這些不同的層需要大量熱量，有可能前面提到的大規(guī)模撞擊可能是這種熱量的來源。這項研究的發(fā)現(xiàn)，也將對計劃在未來幾十年進行的木衛(wèi)三探索計劃具有實質(zhì)性意義。旅行者號和伽利略號任務(wù)的圖像數(shù)據(jù)，只提供了衛(wèi)星表面的部分視圖。未來的探索能夠通過對多環(huán)地層進行詳細研究，以及是否有任何其他大規(guī)模撞擊的遺跡來確認(rèn)或檢驗這項研究結(jié)果，這能加深對木衛(wèi)三和木星其他衛(wèi)星起源和演化的理解。

博科園｜研究/來自：神戶大學(xué)

參考期刊《Icarus》

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