太陽系的衛星 人類最有可能登陸的木星衛星--木衛四（Callisto）

大家好,我是斯文 1610年的時候 伽利略找到了推翻地心說的關鍵證據 他發現了四顆繞着木星運行的衛星 這就證明並不是所有的天體都是繞着地球轉的 我們後來把這四顆衛星叫做伽利略衛星 分別是木衛一愛奧 木衛二歐羅巴 木衛三蓋尼米德 和木衛四卡利斯托 在之前的視頻裏 我們已經說過了木衛一的火山 木衛二的地下海洋 木衛三的磁場 這期視頻我們就來說最後一顆伽利略衛星 木衛四卡利斯托 木衛四的直徑大約是4821公里 是木星第二大的衛星 僅次於木衛三 在太陽系中 它也是僅次於木衛三和土衛六的第三大衛星 幾乎和水星一樣大 同時它也是四顆伽利略衛星中 離木星最遠的一顆 它到木星的平均距離大約是188萬公里 差不多是木星半徑的26倍 這個距離比木衛三整整遠了80多萬公里 因爲軌道距離太遠了 所以木衛四並沒有參與木衛一 木衛二和木衛三之間的拉普拉斯軌道共振 就是我們之前說的那個 1比2比4的軌道共振關係 就是說每當木衛三繞木星轉一圈 木衛二就會轉兩圈 而木衛一就會轉四圈 不過根據科學家的推測 在15億年之後 木衛四也會加入到這個軌道共振關係裏 最後他們四個會形成 1比2比4比8的共振比例 和其他三個伽利略衛星一樣 木衛四也是被木星潮汐鎖定的 始終都是同一個面面對木星 也就是說它的自轉軸體 和公轉軸體完全一樣 每當它讓木星轉一圈的同時 也剛好自轉一圈 大約是16.7個地球日 也就是半個月多點 不過也正是因爲它的軌道 比其他三顆衛星要遠很多 所以它也變得有點與衆不同了 首先它幾乎沒有經歷潮汐加熱 也就是說木星引力對它的拉扯 不是很明顯 我們之前說過 無論是木衛一的火山 還是木衛二的地下海洋 都離不開木星的潮汐加熱 而木衛四因爲沒有經歷潮汐加熱 所以它的地質活動可以說是零 其次遠離木星有一個好處 就是它受到的輻射會比較低 木星的磁場非常強大 像木衛一和木衛二 可以說是每天都在木星磁場 帶電粒子中洗澡 而木衛四因爲距離比較遠 它表面受到的輻射 要比木衛二少300多倍 大約是每天0.01雷姆 這個數值雖然比地球上的自然輻射 要高10倍左右 但是比國際空間站 和火星表面的輻射值還要低 所以NASA也說過 如果人類未來 真的要在木星系統登陸的話 那木衛四可能是最安全的選擇 由於木衛四幾乎沒有地質活動 所以它的表面 是目前已知的太陽系裏 也是隕石坑最多的天體 連月球跟它一比都要年輕很多 木衛四的表面沒有大山 也沒有火山 也沒有板塊活動形成的斷層 它整個地表的地質構造非常簡單 除了坑還是坑 這些隕石坑的直徑 從100米到上百公里不等 從遠處看這些坑好像都差不多 但其實它們的形狀也是很有講究的 直徑小於5公里的隕石坑 是木衛四上最普通的隕石坑 這些隕石坑都是很簡單的碗狀 底部比較平坦 直徑在5到40公里的隕石坑 坑的正中心會有一個隆起的小山峯 是撞擊後地面反彈形成的 再大一點的 直徑在25到100公里之間的隕石坑 坑的中心就沒有小山了 而是會形成一個凹進去的洞 比如庭德爾隕石坑就是這種結構的 如果再大一點 比如直徑超過60公里的隕石坑 中間可能會隆起 比如哈爾隕石坑 它的中心就有一個圓形的隆起 在它的右上方 我們還能看到庭德爾隕石坑的一小部分 如果是直徑超過100公里的大型隕石坑 比如洛芬隕石坑 就會變成我們上期視頻裏說的那種鬼影坑 這種坑的邊緣很模糊 沒有坑壁 因爲它們都是非常早期的時候形成的 隨着時間的推移 被慢慢的抹平了 最後就只剩下了一個圓圈 不過科學家覺得 它們也可能是在向多環盆地轉變 這個多環盆地 是慕維斯表面最明顯的一種地貌 其中最大的兩個 分別是瓦爾哈朗和阿斯加德 最大的是瓦爾哈朗 它的直徑大約是3800公里 比月球直徑都長 由於一個非常明亮的中心區域 和至少25個同心環組成的 是旅行者一號在1979年發現的 第二大的是阿斯加德 也不小 直徑大約是1600公里 這些多環盆地 就像是石頭砸進水面後形成的波紋 只不過慕維斯上的這些波紋 是地殼被隕石撞裂之後 地殼斷裂形成的地質迴音 那除了多環盆地 大家在慕維斯的表面 還可以看到一些很奇怪的地貌 就是一整排的隕石坑 我們把這種結構叫隕石坑鏈 科學家目前在慕維斯上 發現了8條這樣的隕石坑鏈 比如戈莫爾隕石坑鏈 還有吉普爾隕石坑鏈 大家看它們的形狀 有沒有想起一個過去的天文事件 1994年 舒梅克列維9號彗星 被木星的引力撕裂之後 變成了一串碎塊 隨後一個一個的撞進了木星的大氣 留下了一連串的撞擊痕跡 這個彗星碎片的排列形狀 是不是很像這些隕石坑鏈 而且不止慕維斯 慕維斯上也發現過這樣的隕石坑鏈 所以科學家猜測 它們的形成原因 可能跟這個歷史事件有關係 也許正是過去的幾億年裏 被木星引力撕碎的彗星碎片 輪流的砸在了慕維斯身上 才留下了現在我們看到的隕石坑鏈 跟慕維斯一樣 慕維斯也有一層非常稀薄的大氣 只不過成分不同 慕維斯大氣的主要成分是氧氣和臭氧 而慕維斯的大氣 主要是二氧化碳 有沒有氧氣現在還不確定 但是二氧化碳是肯定有的 因爲伽利略號在紅外線波段 檢測到了二氧化碳的存在 不過它這層大氣一般撐不到四年 就會完全流失到太空裏 所以它必須持續的補充大氣 那最有可能的大氣來源 就是來自地表二氧化碳冰的昇華 這種昇華過程也解釋了 慕維斯表面那些鼓起來的 疙瘩狀地形的形成 也就是二氧化碳冰昇華之後 地表逐漸塌陷和風化 最後留下了這些崎嶇不平的小地貌 慕維斯一直以來 都被說成是太陽系列最無聊的天體 因爲沒有發現它有任何的地質活動 但是在1990年代 伽利略號收集的數據顯示 它的地表下可能存在海洋 它的冰殼厚度在80到150公里之間 再往下150到200公里的位置 可能就是一片地下鹹水海洋 這個發現是靠 對木星磁場的研究推測出來的 正常如果一個星球是 普通的固體星球的話 比如說全是冰或者全是岩石 那木星磁場就會直接穿過它 不會被影響 但如果星球的內部有一層導電液體 那就不一樣了 根據法拉第電磁感應原理 當一個導體處於變化的磁場中時 導體的內部會產生感應電流 這個感應電流會產生一個感應磁場 而這個磁場的方向 跟原磁場方向相反 也就是棱次定律 所以大家想一下 首先木星有一個非常強大 而且在不斷變化的磁場 它會像風一樣不斷的吹過木維斯 如果木維斯的內部是一塊死冰 沒有導電能力的話 那木星磁場就會直接穿過去 但如果木維斯內部 有一層鹹水海洋的話 因爲鹽水能導電 所以它就會產生感應電流 這個電流就會生成一個反方向的感應磁場 來對抗木星原本的磁場 所以我們就觀測到了 木星磁場在木維斯附近 沒進去,被它擋住了 所以我們就推測 木維斯內部有一層導電液體 那最合理的解釋就是鹹水海洋 不過跟木維二相比 木維四的這片海洋存在生命的可能性很小 原因主要有兩個 首先,木維四的地下海洋 可能並沒有和岩石地面接觸 沒接觸的話 就意味着岩石和水之間沒有化學反應 沒有化學反應 也就少了生命誕生的能量來源 其次,它的內部幾乎沒有熱源 它的地下海洋 只能靠非常微弱的放射性衰變來加熱 而木維二由於離木星更近 還能通過潮汐裂 獲得額外的加熱 所以科學家覺得 在所有木星的衛星裏 木維二是最有可能孕育出微生物的 1970年代初期 先鋒十號和先鋒十一號 雖然飛越了木星 但並沒有帶來太多關於木維四的信息 他們獲得的信息 跟地面望遠鏡觀測到的差不多 直到1979年 李雄正一號和二號飛越木維四 纔有了新的發現 他們第一次清晰地拍攝了木維四 超過一半的表面圖像 同時還精確地測量了它的表面溫度 質量和大小 然後是伽利略號探測器 它在1994年到2003年之間 一共對木維四進行了八次近距離飛越 最近的一次 距離木維四的地表只有138公里 完整地拍攝了木維四的全球彩色圖像 還拍攝了很多區域的高分辨率細節圖 比如這張 這是伽利略號探測器在1996年11月4號 拍攝的瓦爾哈拉多環盆地的細節圖 這張圖像的分辨率達到了每像素46米 清晰度 堪比我們用衛星拍攝地球低帽繩的分辨率 圖片裏最顯眼的 就是這條橫貫了全圖的大懸崖 它是瓦爾哈拉環形結構的一部分 另外還能看到很多大大小小的隕石坑 直徑從150多米的小坑 到兩三公里的大坑都有 2000年的12月7號 卡西尼號捕捉到了木星 和木維二木維四的一個瞬間 這個貼着木星的白點 就是木維二歐羅巴 左下角這個就是木維四的卡利斯托 NASA特意把它的亮度調高了三倍 因爲木維四的反照率 大約只有20% 比木維二要暗三倍 要不然在這個畫面裏它根本看不清 2007年2月 新視野號在去往冥王星的路上 拍攝了兩張木維四的圖像 圖片中的每一個白色亮點 都是一個隕石坑 10點鐘方向這個最大的亮板 就是瓦爾哈拉多環盆地 那除了這些已經完成任務的探測器 在五年之後 還會有三個探測器到訪木維四 首先是歐洲航天局 ESA的駐場 它在2023年4月14號發射 預計會在2031年到2034年期間 對木維四進行21次近距離飛躍 然後是NASA的歐羅巴快船號 它在2024年10月14號發射 預計會在2030年開始 對木維四進行9次近距離飛躍 最後是中國的天文四號 計劃是2030年左右發射 2035年到達木星系統 2038年釋放一個着陸器 計劃在木維四上着陸 雖然說想在木維四上着陸 不是一件簡單的事 不過相比其他三顆衛星來說 木維四已經是着陸難度最低的了 因爲它這受到的木星輻射比較弱 但是近些年 CNSA不提這個着陸計劃了 可能是技術上有難度 如果最後技術上實現不了的話 CNSA的意思就是說 他們會釋放一個紫探子器 對木維四表面進行撞擊 然後主探子器在飛越木星之後 會繼續向天王星前進 預計會在2045年3月到達天王星 如果實現了的話 那這就是繼1986年 旅行者2號之後 又一艘訪問天王星的人類探子器 好了,木星的四顆伽利略衛星 我們已經全部介紹完了 原本答應大家的太陽系衛星系列 一共有8期 後面還有土星和海王星的幾個衛星要說 但是連着說8期衛星 我擔心大家會聽膩 所以下期視頻我們換個口味 我們之前一共說了三個系列 太陽系衛星,史前動物 還有地球神祕往事 那下期視頻我們就來說說 另外兩個系列裏的故事 土星和海王星的衛星 我後面還會給大家補上的 大家有什麼其他想聽的 還可以繼續給我留言 等這三個系列說完之後 我會根據大家留言再開新的系列 感謝觀看,我們下個視頻見