饱受蹂躏的油面坨坨 =木卫一

中国宇航学会

国家航天局近日公布的“十四五“及未来规划中说到，2030年前后，将实施木星系环绕探测任务。不管2030年有多远，我们来认识一下这位邻居吧，先从它家一个饱受家暴的孩子说起。

木卫一（Io，音译“艾奥”），在四颗伽利略卫星中距离木星最近。它比月球略大一些（1.2个月球质量），距离木星约42万公里，比地月距离（38万公里）稍远些。乍一听，就是人间月亮的一个翻版，可以很美很浪漫。然而，和它伴舞的，是木星巨无霸，这就要重新咂摸一下剧情了——就像希腊神话里，各位女主和宙斯的“爱情故事”，最后都成了恐怖传说。

木卫一的公转轨道不是正圆，而有个0.004的轨道离心率，近木点比远木点短了3400公里。按说，这不算什么大事。我们的月球，轨道离心率高达0.055，近地点和远地点相差43000公里左右，比木卫一的还要扁多了。可是，地球个子小、脾气好啊，近点远点都没太大关系。木星的质量顶得上318个地球呢，在木星身边，按地月距离转，3400公里的差别就成了一件大事。来自木星的潮汐力忽大忽小，42小时的公转周期里，木卫一表面岩石的潮汐起伏幅度高达100米。

也就是说，木卫一是个被木星攥在手心里，捏得浑身流汤的一个油面坨坨。在整个太阳系里，只有它一颗天体享有这种待遇。持续的剧烈形变使木卫一无法冷下来，而是遍地火山，岩浆横流。从太空看起来，木卫一表面千疮百孔，布满了黄色的硫或硫化物，好大一个榴莲芝士披萨，加黑橄榄，番茄酱我自己加，谢谢。

木卫一，1999年7月3日，“伽利略”号拍摄，图源NASA

本来，在木卫一的距离上，木星的潮汐力会很快使它的轨道圆化。如果公转轨道是正圆，木卫一的形状就能稳住。可它附近还有三颗大卫星，最近的两颗——木卫二欧罗巴和木卫三甘尼米德和它形成了4:2:1的拉普拉斯轨道共振。木卫一每转四周，木卫二转两周，木卫三转一周。这种稳定的共振维持住了木卫一的椭圆轨道，使它必须持续忍受来自木星的蹂躏。

木卫一、二、三的轨道共振，图源维基

如同神话中的艾奥饱受折磨一样，木卫一的苦难不止于此。木星的强大磁场跟随木星高速自转，一边喷发一边在强磁场中穿行的木卫一，以每秒一吨的速率不停地流失由喷发形成的外层大气。这些物质被磁场电离后，围绕木星形成一个甜甜圈状的等离子体云。原本就很强大的木星磁层，因为木卫一的海量粒子助攻，更是膨胀了一倍有余，成了一个庞然大物：迎着太阳风的方向，它有45个木星半径，背向太阳风的尾部，则可以一直延伸到土星轨道。假如可以肉眼看到木星磁层的话，它在夜空中，会比满月还要大5倍。

木卫一的火山喷流，2007年3月1日，“新视野号”摄，图源NASA

木星的磁层结构，篇幅太大，要展开另讲一个故事，这里先略述一些探测历史。“先驱者号”第一次经过木星时，遭受到超过预期设计10倍的辐射强度，收到了许多虚假的指令，损失了不少木卫一的影像。到了重新设计的“旅行者号”时，才有机会近距离接触木卫一的等离子体云和木星赤道面的电流片，并返回木卫一的首张喷发照片。之后，“尤利西斯号”、“伽利略号”、“朱诺号”对木星磁层进行了全面详尽的观测，飞掠的“卡西尼号”和“新视野号”也做了一些辅助研究工作。期盼中国的航天能在木星研究和抑制木星磁层干扰方面，贡献更高超的奇思妙想，获得更新更多的突破。