太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute）最近授予西南研究所（SwRI）一個大型項目，利用哈勃望遠鏡和詹姆斯-韋伯望遠鏡對太陽系中火山最活躍的天體木衛一進行遠程研究。

西南研究所將領導空間望遠鏡科學研究所的一個大型項目，利用哈勃和詹姆斯-韋伯望遠鏡，在美國國家航空航天局的朱諾號航天器對木星衛星進行互補性飛越期間對木衛一進行遙感研究。朱諾號即將進行的飛越提供了一個極好的機會，將密集的現場測量與地球遙感相結合，以了解木衛二的火山對木星周圍等離子環境的貢獻。圖片來源：SwRI/John Spencer

這項研究將對美國國家航空航天局（NASA）的朱諾號（Juno）航天器即將對木星衛星進行的飛越研究起到補充作用，並將深入了解木衛一對木星周圍等離子體環境的貢獻。大型哈勃項目需要75 個軌道或更多軌道；該項目將在122 個軌道上收集數據，這也是哈勃望遠鏡時間的分配方式。

“該項目的時間安排至關重要。在接下來的一年裡，朱諾號將多次飛過木衛一，這為我們提供了難得的機會，可以對這個複雜的系統進行原地和遠程觀測。”SwRI 的Kurt Retherford 博士是該項目的首席研究員，他說，”在這個週期中，朱諾號主要使用了4.7% 的哈勃觀測時間，並輔以4.8 小時的韋伯觀測時間。我們希望能對木衛一劇烈的火山活動、等離子體與月球的相互作用，以及通過木星龐大的磁層傳播並引發強烈的木星極光輻射的中性氣體和等離子體群有新的認識”。

SwRI 正在領導一項研究，以了解木衛一這個太陽系中火山最多的天體是如何對木星的等離子體圈作出貢獻的。朱諾號的JIRAM儀器對木衛一的熱點進行成像，這些數據將得到哈勃和韋伯望遠鏡數據集的補充。資料來源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

木衛一和木星的複雜動態

木衛一逸散的大氣是木星磁層的主要物質來源，它是圍繞著這顆氣體巨行星旋轉的巨大帶電粒子氣泡。然而，火山、地表揮發物、大氣和磁層等離子體與木衛一的擴展中性雲、木衛一等離子體環（IPT）和木星電離層之間的相互作用關係仍然難以量化和理解。

該項目的聯合首席研究員、來自科羅拉多大學博爾德分校的Fran Bagenal 博士說：”時變過程之間的耦合是全面了解木星系統的核心。例如，有多少硫磺從木衛一遷移到歐羅巴表面？木衛一上的極光特徵與地球上的極光（北極光）和木星上的極光相比如何？”

電離和等離子體相互作用

木衛一是木星最內側的大衛星，為木星磁層提供大部分帶電粒子。IPT 是環繞木星的一個由離子和電子組成的甜甜圈狀雲團，是木衛一逸出的大氣氣體被電離後產生的。電子與離子碰撞，離子吸收碰撞產生的能量，並以紫外線的形式釋放出來，可以被望遠鏡探測到。

加州理工學院的凱瑟琳-德克萊爾（Katherine de Kleer）博士說：”這些物質中的大部分實際上並不是直接從火山中逃逸出來的，而是與木衛一日側表面二氧化硫霜的昇華有關，木衛一大氣層與周圍等離子體之間的相互作用為月球冰凍表面釋放的氣體提供了逃逸機制。”她是另一位在詹姆斯-韋伯數據分析方面具有專長的聯合研究員。

朱諾號飛越木衛一的意義

朱諾號的主要任務是研究木星內部、磁層和極光，而它的擴展任務包括飛越伽利略衛星。朱諾號將於2023 年12 月30 日和2024 年2 月1 日飛越木衛一，這兩次飛越距離特別近。朱諾號還將飛越其他幾顆距離較遠的衛星，其中2024 年9 月20 日的飛越可以被哈勃和韋伯觀測到。雖然歐羅巴快船和木星冰雪衛星探測器（JUICE）任務計劃於2029-2031 年抵達木星，但這兩個任務都不會飛越木衛一。要想再有機會進行此類研究，要到2030 年代才有可能。

Retherford說：”自從1999-2000年一系列伽利略飛船飛越木衛一，並得到哈勃30軌道飛行的大力支持後，就再也沒有機會對木衛一進行整體研究了。朱諾號的密集現場測量與我們的遙感觀測相結合，無疑將推進我們對木衛一在木星系統耦合現像中的推動作用的理解。”