天文學家捕捉了木星衛星木衛一上的火山活動，其解析度是地球觀測從未達到的，這加深了我們對整個太陽系火山過程的了解。亞利桑那州格拉漢姆山上的大型雙筒望遠鏡拍攝到了木星上佈滿火山的衛星木衛一的新圖像，提供了地球上的儀器所能達到的木衛一的最高解析度。

木星衛星木衛一，2024 年1 月10 日由SHARK-VIS 拍攝。這是迄今為止地球望遠鏡所獲得的分辨率最高的木衛一圖像。該圖像結合了紅外線、紅色和黃色三個光譜帶，突出顯示了圍繞佩萊火山（在月球中心下方和右側）的紅色環和圍繞佩萊火山右側的皮蘭帕特拉火山（Pillan Patera ）的白色環。圖片來源：INAF/大型雙筒望遠鏡天文台/喬治亞州立大學；SHARK-VIS/F.Pedichini 的IRV 波段觀測；D. 處理。 Pedichini; processing by D. Hope, S. Jefferies, G. Li Causi

這些觀測結果得益於一種被稱為”SHARK-VIS”的新型高對比度光學成像儀器，以及該望遠鏡的自適應光學系統，該系統可以補償大氣湍流造成的模糊。

這些圖像將發表在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）雜誌上，揭示了直徑小至50 英里的地表特徵，到目前為止，只有飛往木星的太空船才能達到這種空間解析度。據研究小組稱，這相當於從100 英里外拍攝了一張一角硬幣大小物體的照片。

透過SHARK-VIS，研究人員確定了木衛一最突出的火山之一–佩萊火山周圍的一次重大復燃事件。據論文的第一作者艾爾-康拉德（Al Conrad）稱，木衛一是太陽系中火山最活躍的天體，其火山爆發使地球上同時代的火山相形見絀。

大型雙筒望遠鏡干涉儀（LBTI）是一種地面儀器，它將亞利桑那州格雷厄姆山上的兩台8 公尺望遠鏡連接起來，形成世界上最大的單筒望遠鏡。干涉儀旨在探測和研究太陽系外的恆星和行星。圖片來源：NASA/JPL-Caltech美國國家航空暨太空總署/JPL-加州理工學院

大型雙筒望遠鏡天文台的助理科學家康拉德說：”因此，木衛一提供了一個獨特的機會，讓我們了解在遙遠的過去曾幫助塑造地球和月球表面的強大噴發。大型雙筒望遠鏡是亞利桑那大學斯圖爾特天文台下屬的格雷厄姆山國際天文台的一部分。

康拉德補充說，像這樣的研究將有助於研究人員理解為什麼太陽系中的一些世界有火山，而有些則沒有。有朝一日，它們也可能揭示附近恆星周圍系外行星系統中的火山世界。

木衛一比地球的衛星略大，是木星伽利略衛星中最內側的一顆，除木衛一外，還有木衛二、木衛三和木衛四。由於木衛三、木衛二和木衛一之間的引力”拉鋸戰”，木衛一不斷受到擠壓，導致其內部摩擦生熱–這被認為是木衛一持續而廣泛的火山活動的原因。

透過監測木衛一表面的噴發，科學家希望深入了解月球表面下物質的熱驅動運動、內部結構，最終了解造成木衛一強烈火山活動的潮汐加熱機制。

木衛一地殼的橫截面，描述了科學家目前對雕刻月球表面和產生月球大氣層的地質和化學過程的了解。左側是類似佩雷熔岩湖產生的硫磺羽流和紅環。冰冷岩石圈中的斷層是富含硫的矽酸鹽岩漿到達地表的通道。木衛一的內部因木星及其兩顆衛星–木衛二和木衛三–的引力牽引摩擦而發熱，產生熔融岩漿。資料來源：de Pater 等人，2021 年，《年度評論》，根據Doug Beckner、James Tuttle Keane 和Ashley Davies 的圖表繪製

木衛一的火山活動最早是在1979 年被發現的，當時美國宇航局旅行者號任務的工程師琳達-莫拉比托（Linda Morabito）在旅行者號進行著名的外行星”大巡遊”時拍攝的一張影像中發現了噴發羽流。從那時起，人們透過太空望遠鏡和地球望遠鏡進行了無數次觀測，記錄了其躁動不安的特性。

研究報告的合著者、美國太空總署噴射推進實驗室（JPL）首席科學家阿什利-戴維斯（Ashley Davies）說，SHARK-VIS拍攝的新影像細節非常豐富，使研究小組能夠確定一個重大的重現事件，即位於木衛一南半球靠近赤道的一座名為佩萊（Pele）的突出火山周圍的羽流沉積物正在被鄰近的一座火山皮蘭帕特拉（Pillan Patera）的噴發沉積物所覆蓋。美國國家航空暨太空總署的伽利略號太空船在1995 年至2003 年期間探索木星系統時也觀測到了類似的噴發序列。

戴維斯說：”我們將這些變化解釋為源自皮蘭帕特拉火山噴發的深色熔岩沉積物和白色二氧化硫沉積物，它們部分覆蓋了佩蕾的紅色富含硫磺的羽狀沉積物。在SHARK-VIS之前，從地球上是不可能觀測到這種重現事件的。

合著者、加州大學柏克萊分校天文學榮譽教授伊姆克-德-帕特解釋說，雖然紅外線望遠鏡影像可以探測到正在進行的火山爆發造成的熱點，但它們還不夠清晰，無法揭示表面細節，也無法明確確定火山爆發的位置。

德-帕特說：”像SHARK-VIS和LBT提供的可見光波長的更清晰圖像，對於確定噴發位置和紅外線無法探測到的表面變化（如新的羽流沉積）至關重要，」他補充說，可見光觀測為研究人員解釋紅外線觀測結果提供了重要的背景，包括目前正在木星軌道上運行的朱諾號等太空船的觀測結果。

SHARK-VIS由位於羅馬天文台的義大利國家天文物理研究所建造，由首席研究員Fernando Pedichini領導的團隊管理，專案經理Roberto Piazzesi提供協助。 2023 年，該儀器與其配套的近紅外線儀器SHARK-NIR 一起安裝在天文台，以充分利用該望遠鏡出色的自適應光學系統。該儀器配備了一個快速、超低噪音相機，使其能夠以”快速成像”模式觀測天空，捕捉慢動作鏡頭，凍結大氣湍流造成的光學變形，並將數據後處理到前所未有的清晰度。

義大利國家天文物理研究所SHARK-VIS 數據處理經理Gianluca Li Causi 解釋了其工作原理：”我們在電腦上處理數據，以消除感測器電子足蹟的任何痕跡。然後，我們挑選出最好的幀，並使用我們的同事、喬治亞州立大學的道格拉斯-霍普（Douglas Hope）和斯圖爾特-杰弗裡（Stuart Jefferies）開發的名為”克拉肯”（Kraken）的高效軟體包將它們組合在一起。能夠消除大氣效應，以驚人的清晰度揭示木衛一”。

SHARK-VIS 儀器科學家Simone Antoniucci 說，他預計將對整個太陽系的天體進行新的觀測。他說：”SHARK-VIS的敏銳視覺特別適合觀測許多太陽系天體的表面，不僅包括巨行星的衛星，還包括小行星。我們已經觀測到了其中一些，目前正在分析數據，併計劃觀測更多。”

編譯來源：ScitechDaily