该图表展示了伽利略卫星的形成物质，其中木卫一获得了无水（不含水）岩石，木卫二获得了含水（富含水）岩石，而木卫三和木卫四则主要获得了冰。（来源：西南研究院）

确定木星的伽利略卫星——木卫一和木卫二的含水量花了多长时间？这正是近期发表在《天体物理学杂志》上的一项研究想要探讨的问题，一个由美国和法国科学家组成的团队对导致木卫一和木卫二形成与演化的复杂过程展开了研究。这项研究有可能帮助科学家更好地了解太阳系中两颗极为独特的卫星的形成与演化，因为木卫一是太阳系中火山活动最活跃的天体，而木卫二则是一个海洋世界，据估计其海洋体积是地球海洋体积的两倍。

在这项研究中，研究人员使用一系列模型模拟了数十亿年前木卫一和木卫二的早期形成历史，当时木星的亮度远高于今日。该研究的目标是确定木卫一如何失去了水分，而木卫二却获得了大量水分。研究人员认为，这两颗卫星最初都含有水分，但大气逃逸导致木卫一失去了水分，而木卫二保留了水分。

最后，研究人员提出，并非是两颗卫星都在形成时带有水，之后木卫一失去了其水分，而是木卫一在最初形成时就没有水，而木卫二在形成时就有水。从本质上讲，这两颗卫星如今的环境状况在它们各自最初形成时就已经确定了。

研究指出：尽管本研究采用了相关假设，但木卫一可能无法失去其初始的水存量。在吸积盘消散、木星光度减弱后，残留的冰壳在地质时间尺度上不会被潮汐加热移除。这表明木卫一主要吸积的是无水硅酸盐，而这两颗内侧卫星之间的成分差异反映了它们形成时木星环行星盘（CPD）的热力学结构，米兰app官方网站而非不同的演化过程或大气损失过程。

木卫三和木卫四分别是第三和第四颗伽利略卫星，研究人员指出，它们未被纳入这项研究有诸多原因。这些原因包括更高的表面重力、因距离木星更远而形成时温度更低，以及潮汐力减弱——木卫一和木卫二的潮汐力要大得多。与木卫一和木卫二不同，木卫三和木卫四含有多得多的冰，木星潮汐力的减弱使这两颗卫星得以保持以冰为主的状态，而木卫一和木卫二则更为活跃。

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作用在木卫一和木卫二上的潮汐力来自于这两颗卫星绕更大的木星运行时所经历的持续拉伸和压缩，它们的轨道略呈椭圆形（卵形）。当它们靠近木星时，会被木星巨大的引力拉伸，随后在远离木星时被压缩。这种现象也被称为潮汐挠曲，它导致两颗卫星的内部在漫长的时间尺度上因摩擦而升温，木卫一具有火山活动性，而木卫二则含有大量咸液态水。

木卫一和木卫二是围绕木星运行的相邻天体，但它们看起来却像是来自完全不同的家族。西南研究院的行星科学家、该研究的合著者奥利维尔穆西斯博士说：我们的研究表明，这种差异并非随时间形成——而是在它们诞生时就已存在。

这项研究开展之际，美国国家航空航天局（NASA）的欧罗巴快船探测器正前往木卫二，研究其潜在的宜居性，预计抵达日期为2030年4月。在计划为期4年的任务期间，快船探测器将利用拉长轨道对木卫二进行约50次近距离飞越。这样做的原因是为了避免航天器在木星强大的磁场中停留过久——木星磁场中的强辐射可能会损坏航天器部件并危及任务。

未来几年和几十年里，研究人员会对木卫一和木卫二的形成与演化有哪些新的认识？只有时间能告诉我们答案，而这正是我们从事科学研究的意义所在

一如既往，坚持做科学，继续仰望星空

BY: Laurence Tognetti, MSc

FY: AI

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