NASA的朱诺任务提供了木星卫星木卫一表面以下温度的首次测量，揭示了该太阳系最具火山活动的世界表层下显著的加热情况。此次数据是在两次近距离飞掠中收集的，数据显示木卫一大部分表面非常光滑，且由极低密度的材料组成。这些发现于周三在《地球物理研究杂志：行星》上发布，为我们地球以外的火热和冰冷世界的观察开辟了新的道路。木卫一的极端火山活动是由潮汐加热驱动的。随着木卫一沿着稍微椭圆的轨道运动，它不断被木星巨大的引力拉伸和挤压，从而产生的内部热量输出是地球的多倍。到目前为止，几乎所有关于这种热量的知识都来自红外观测，红外观测仅能感知表面最顶部的温度。最新的发现源于航天器的微波辐射计（MWR）仪器收集的数据。“朱诺微波辐射计通过观察表面以下直接观察木卫一的热量输出，”研究共同作者、位于德克萨斯州圣安东尼奥的西南研究所的朱诺首席研究员斯科特·博尔顿表示。“我们能够看到岩石卫星表面下的意外发现对研究地球火山具有重要意义。朱诺告诉我们，如果我们用MWR类型的仪器在地球上的火山附近观察，我们可能会在表层温度梯度中看到类似的信号，从而提供关于地球火山如何运作的新信息。”朱诺的微波辐射计是博尔顿设计的，旨在透视木星云层顶部，以研究这颗气体巨星深层大气的动态和成分。MWR的六个微波天线作为一个单一的仪器，能够同时检测从约半英寸到20英寸（1.3至51厘米）的广泛波长的微波。在任务的扩展阶段，MWR仪器有机会观察到三颗木星的伽利略卫星：甘尼米德、欧罗巴和木卫一。“这一技术的新颖之处在于每个波长探索不同深度，为特征化巨行星的深层大气和冰冷与岩石卫星的表层地壳提供了一种新方式，”博尔顿说。“在甘尼米德和欧罗巴，我们探索了表面以下数十公里的深度，假设它们的冰壳大多是纯水，但探测木卫一火山岩的能力是一个意外的发现。”在2023年12月30日和2024年2月3日的飞掠中，太阳能驱动的朱诺航天器距离木卫一表面仅约930英里（1500公里）。“仪器测量了木卫一在几英寸到几十英尺的深度处的热辐射。我们观察到的每个地方，温度在几英尺内上升了超过40华氏度——这个梯度远比单靠太阳加热能解释的要陡，”论文的首席作者、位于加利福尼亚州南部的NASA喷气推进实验室的香农·布朗表示。数据表明了两种可能的解释。首先，热量可能通过导电地壳不断上升。虽然这种背景热流——测量为每平方米1至3瓦——在局部范围内相对温和（大致相当于每平方码下有一个小夜灯发光），但在整个卫星上代表的能量释放是地球平均的30倍。另一种可能的信号来源于冷却的熔岩流，约有30到35英尺（9到11米）的固化地壳覆盖着大约10%的卫星表面。“木卫一为我们提供了一个独特的窗口去了解潮汐加热如何在宇宙中工作，这一基本过程为远离其母星的世界提供能量和热量，”博尔顿说。“这一过程不仅可以在木卫一的案例中创造出太阳系中最多火山活动的天体，也为巨大行星的卫星，如欧罗巴和甘尼米德的表层海洋提供能量。在此之前，我们只能观察表面或通过喷发流出的热量。现在我们可以表征热量如何从内部向表面移动。”从这两次飞掠中获得的另一个重要见解是木卫一是多么光滑。在最近的发现之前，这颗卫星以其高山而闻名，但MWR表明，除了这些可见的地形外，表面特征还有广阔的平滑区域，延伸超过60英里（100公里）。由于朱诺以不同角度飞掠木卫一的重叠区域，团队能够绘制表面如何反射微波，就像航空乘客可能仅在特定角度看到海洋闪烁的阳光一样。“远离山脉的地方，表面更像北美的大平原，尽管木卫一是一个岩石天体，但表面材料的密度非常低——更像浮石或松软的火山材料。