别人家的月亮不仅有活火山 还会“下雪结霜”

　　木卫一埃娥步入木星阴影，开始发生日食的艺术概念图。埃娥每1.7个地球日发生一次日食，每次日食持续两小时，大气层在日食时会溃缩，冻结成二氧化硫组成的冰霜落在表面。

　　如果说太阳系里哪里最像太上老君的“炼丹炉”，那非木星的第三大卫星“埃娥”(Io,中文俗称木卫一)莫属。这颗星球不但遍布活火山，还有着被硫磺和二氧化硫霜覆盖着的平原，此外木星强大的引力不断拉扯着埃娥表面上下起伏，表面某些地方在近木点和远木点甚至会有100米的落差。

　　近日美国宇航局资助的一项研究表明，埃娥稀薄大气层在落入木星阴影里时会因温度降低而坍缩，凝结成冰降雪落在埃娥表面，这种现象在木卫一每次出现日食时都会发生，这项研究发表在了8月2日的《地球物理学研究杂志》(Journal of Geophysical Research)上。

　　月球(左上)、木卫一(左下)、地球(右)三者大小比较。木卫一直径3642公里，比月球直径3476千米略大。

　　来自美国西南研究院的科学家康斯坦丁·曾(Constantine Tsang)称：“这项研究是科学家首次直接观测到这种奇特现象，帮助我们更好地了解这颗太阳系里地质活动最活跃的卫星。”

　　木卫一埃娥是太阳系里火山活动最活跃的星球，有着400多座活火山。木星与其他几颗伽利略卫星的引力拉扯着埃娥引发潮汐加热，潮汐加热的结果使得这些火山不断喷发，并引发木卫一的其他地质活动。在木卫一表面，火山口喷射出的二氧化硫羽流可以抵达480千米的高空，并产生大量玄武岩熔岩向外流动数百英里。

　　新研究记录了木卫一发生日食时大气层的变化。木卫一的大气层极其稀薄，表面大气压只有地球的十亿分之一，主要成分是火山喷发释放出的二氧化硫气体。当埃娥运转到木星背后，落入木星影子里(发生日食)时，这些二氧化硫气体开始凝结成冰落在表面，而当埃娥离开木星背后，再次回到阳光下时，这些冻结成冰的二氧化硫再次从表面升华，重新进入埃娥的大气层。

　　研究团队利用夏威夷8米口径的北双子座望远镜(Gemini North telescope)，以及德克萨斯州的TEXES设备进行了观测。观测数据显示埃娥的大气层在日食时，温度从华氏零下235度(约零下112摄氏度)下降到华氏零下270度(约零下132摄氏度)，大气层缩小。

　　埃娥同我们的月球一样被母星潮汐锁定，始终以同一面朝向木星，每1.7个地球日绕木星转一圈(也就是木卫一上的一天)，每圈会发生2小时的日食。在全食期间，埃娥大气层崩塌效应明显，大部分大气中的二氧化硫会凝结成霜落在表面，而当日食结束，完全恢复接受光照时，埃娥表面变得温暖，大气层也恢复原状。

　　该项研究的共同作者，来自西南研究院的约翰·斯宾塞(John Spencer)介绍称：“这证实了埃娥的大气层处于一个反复坍缩与复原的恒定状态，并且大气主要来自凝结的二氧化硫升华。虽然埃娥的活火山源源不断地提供大量二氧化硫气体，但控制木卫一每天大气压变化的依旧是太阳，通过改变表面温度来实现。我们很早就怀疑这一点，现在终于证实了。”

　　木卫一表面艺术概念图。

　　在这之前，科学家无法在木卫一发生日食时直接观测它的大气层，因为当其处在木星阴影中时大气很难被观测到，但是现在技术进步解决了这一问题。观测设备之一的TEXES可以测量阴影里木卫一大气的热辐射，而北双子座望远镜可以侦测出埃娥溃缩大气的微弱热信号。

　　两架设备在2013年11月持续观测了两个夜晚，当时埃娥距离地球超过6.75亿公里，有两次约40分钟的时间观测到埃娥进入与离开木星阴影。这项研究由美国宇航局太阳系运行与观测项目资助。