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托爾火山

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2001年10月伽利略探測器拍攝的托爾火山照片[1]

托爾火山（Thor）是木星的衛星-木衛一上一座活躍的火山，它位於木衛一背木半球北緯39.15度、西經133.14度處[2]。2001年8月6日，在「伽利略號探測器」一次飛越期間，觀測到一次具有高熱排放和大型火山羽流的大噴發，當時為直接取樣，探測器行穿過了羽流的外側部分，這次噴發一直持續到了2001年10月伽利略探測器的下一次飛越[1][3]。 正如火山噴發期間所拍攝高解析度照片所示，托爾火山是由一系列來自附近火山窪地的黑色熔岩流組成[1]。噴發前，該區域是由發亮硫磺所構成的棕紅色平原（典型的木衛一北部中高緯度區）以及一系列由覆蓋著彌散的硫沉積物的硫磺和矽酸鹽流形成的黃色流體所組成[4]。在2007年2月「新視野號探測器」交會期間，托爾火山仍然活躍，探測器在近紅外波段觀測到了熱輻射和托爾火山的噴發羽流[5]。  

2006年國際天文聯合會 (IAU)以北歐神話中的雷神「托爾」正式命名了該火山[2]。

2001年的噴發

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2001年前，在托爾火山還不曾觀測到過火山活動[3]，自「旅行者號」對該區域觀察起，最晚止2000年12月「伽利略任務」開始，該地區的地貌一直保持穩定[6]。在1999年7月對托爾火山進行的第一次詳細觀測中，拍攝到了數道明亮、黃色的流體，這些流體主要由硫或被硫磺覆蓋的冷卻矽酸鹽流組成[4]，但無論怎樣，到2000年底前，這些流體的大小、顏色或分布都沒有發生變化，說明這些流體是在「旅行者」號到達前形成的[4][6]，截止2001年5月，在托爾火山還沒觀測到熱輻射，因此，當年晚些時候觀測到的噴發一定是在這些觀測之後開始的[3]。

2001年8月

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2001年8月「伽利略探測器」拍攝的彩色照片顯示了托爾火山的噴發羽流[1]

2001年8月6日，「伽利略號探測器」從194 公里（121英里）的上空掠過木衛一北極地區[7]，主要目的是要拍攝高解析度的陀濕多火山口羽流源照片，並直接取樣羽流中的物質[1]。交會時，由於攝像機出現異常而無法成像，但在此前後數天的照片被成功拍攝，2001年8月4日曾拍攝了一幅木衛一的新月圖像，以便作為交會時更靠近陀濕多羽流的背景和現場觀察圖，但照片中顯示的並非陀濕多的火山羽流，而是托爾火山上空的火山羽流，這表明一次大的噴發正在進行[1]。托爾火山的羽流由兩部分組成：裡面是100-125公里（62-78英里）高的內塵埃流；外側則是更粗大、高達440公里（270英里）的淡暈柱，這一外側暈柱是在木衛一所觀測到的最大噴發流之一（僅1999年7月看到的格里安火山口（Grian Patera）羽流比它更大）[8]，該外側暈柱是由二氧化硫氣體和細粒以及0.5-10納米大小的SO
2塵埃顆粒組成[8]。雖然外側暈比內塵埃羽流光學厚度稀薄，但實際質量卻更大（至少108千克，相較典型的106-107千克的塵埃羽流）。

在此次交會中，雖然伽利略號上的相機不能正常工作，但其他科學儀器能正常觀測托爾火山的噴發。在最接近點，伽利略探測器上電漿體子系統(PLS)，一種設計用來探測太空飛行器附近電漿體的儀器，對托爾火山噴流外側暈的一些物質進行了取樣，發現了500-1000原子質量單位重的「雪花」[9]。假設它如是純二氧化硫成分，這意味著攝像機遠距離觀測所推斷出的塵埃顆粒則是由15到20個二氧化硫分子組成[8][10]。在伽利略探測器不久後繞經木衛一背木半球時(後半球)，它的近紅外測圖光譜儀偵測到一個熱輻射和紅外光譜源，在托爾火山發現了一個強烈的熱點，其近紅外光譜與木衛一的爆炸主導的噴發一致。紅外測圖光譜儀發現的托爾火山噴發高溫揭示了矽酸鹽熔岩和高噴發率，反映托爾火山的熔岩流速很高。在國際天文聯合會正式命名前，近紅外測圖光譜科學家們將這次噴發命名為「I31A 噴發」，代表在「伽利略」I31軌道期間探測到的首個新的噴發[3]。  

8月8日拍攝的其他成像觀測顯示了這次噴發對木衛一表面的影響，因為在托爾火山周圍觀察到了一塊新黑斑以及一圈由羽流沉積構成的新鮮、細粒度二氧化硫霜亮環[1][11]。這次噴發的結果，使某此白色羽流沉降區的SO
2霜覆蓋率由60-70% 提高到100%[11]，羽流沉積的範圍與托爾火山噴發的內塵埃流大小一致[8]。近紅外測繪光譜儀數據表明，外側羽流可能形成了一層非常細粒的SO
2覆蓋層，在可見波長下透明，而內羽流沉積物層更厚，含有更大的霜粒，在可見波長下會顯得發亮[11]。與許多大型「爆炸」噴發不同，在托爾沒有觀察到有紅色沉積物，這表明木衛一上層岩石圈中，硫在亞表層的分布具有非均質性[4]。

2001年10月

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1999年7月和2001年10月托爾火山的地表變化[1]

2001年10月16日，伽利略探測器在距南極上空184公里（114英里）處再次飛越木衛一，由於前一次發現了托爾火山噴發，因此，這次調整了觀測計劃，使相機和近紅外光譜儀能拍攝新噴發點的高解析度圖像和光譜。相機在火山上空獲得了一幅單一、清晰的濾鏡幀，其空間解析度為每像素334米(1100英尺)[7]，這張圖片顯示了數條新的黑色矽酸鹽熔岩流，很多被黑色的火山碎屑流沉積物所環繞[1]，這些黑色流體通常覆蓋在先前觀測到的黃色流體之上，直到2001年10月，其中一些更早的流體仍然可見。火山東側一條粗大黑色流體的源頭似乎是一道大小為50×17公里(31×11英里)的裂縫，該裂縫可能是一座正在形成中的火山口或火山窪地[4]。在探測器掠過數小時後拍攝的遠距彩色照片中，托爾火山的噴流仍然清晰可見[1][12]。  

近紅外測繪光譜儀也清晰地觀察了托爾火山，發現它仍在猛烈地噴發，雖然噴發能量比2001年8月低了一些[3]。該噴發最強烈的部分（就總輸出能量而言）集中在攝影小組觀測到的東部大熔岩流上。近紅外測繪光譜儀還發現了附近幾座火山口的熱輻射。此前，在那些地方並未觀測到火山活動。新熔岩流的產生或硫沉積物的升華，與「伽利略」攝像機所看到這些火山坑底的變暗相吻合。附近火山的活動表明，托爾火山下方的岩漿管道系統也延伸到了這些特徵，在該區域範圍內產生了新的火山活動[3]。

「伽利略探測器」之後 

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在2001年10月「伽利略探測器」對托爾火山作最後一次觀測後，其後的噴發繼續被地球上的天文學家觀測到。2001年12月22日，夏威夷凱望遠鏡觀測到托爾火山的熱輻射[13]。該火山的活動甚至持續到2007年2月與「新視野號」的交會，當時在托爾火山發現了一個熱點和一束100公里(62英里)高的稀薄羽流。然而，該羽流和大部分黑色火山碎屑流沉積物已褪色，或被當時陀濕多火山口的新羽流覆蓋[5]。

圖集

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  • 木衛一背木半球低解析度圖像，顯示了2001年8月托爾火山噴發的場面。[1]
    木衛一背木半球低解析度圖像，顯示了2001年8月托爾火山噴發的場面。[1]
  • 2001年10月的托爾火山近紅外熱輻射[3]
    2001年10月的托爾火山近紅外熱輻射[3]

 

參考文獻

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  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 Turtle, E. P.; et al. The final Galileo SSI observations of Io: orbits G28-I33. Icarus. 2004, 169 (1): 3–28. Bibcode:2004Icar..169....3T. doi:10.1016/j.icarus.2003.10.014. 
  2. ^ 2.0 2.1 "Thor". Gazetteer of Planetary Nomenclature. USGS Astrogeology Research Program.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Lopes, R. M. C.; et al. Lava lakes on Io: Observations of Io's volcanic activity from Galileo NIMS during the 2001 fly-bys. Icarus. 2004, 169 (1): 140–174. Bibcode:2004Icar..169..140L. doi:10.1016/j.icarus.2003.11.013. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 Williams, D. A.; et al. The Zamama–Thor region of Io: Insights from a synthesis of mapping, topography, and Galileo spacecraft data. Icarus. 2005, 177 (1): 69–88. Bibcode:2005Icar..177...69W. doi:10.1016/j.icarus.2005.03.005. 
  5. ^ 5.0 5.1 Spencer, J. R.; et al. Io Volcanism Seen by New Horizons: A Major Eruption of the Tvashtar Volcano. Science. 2007, 318 (5848): 240–243. Bibcode:2007Sci...318..240S. PMID 17932290. S2CID 36446567. doi:10.1126/science.1147621. 
  6. ^ 6.0 6.1 Geissler, P.; et al. Surface changes on Io during the Galileo mission. Icarus. 2004, 169 (1): 29–64 [2020-10-21]. Bibcode:2004Icar..169...29G. doi:10.1016/j.icarus.2003.09.024. （原始內容存檔於2020-10-18）. 
  7. ^ 7.0 7.1 Perry, J.; et al. A Summary of the Galileo mission and its observations of Io. Lopes, R. M. C.; Spencer, J. R. (編). Io after Galileo. Springer-Praxis. 2007: 35–59. ISBN 978-3-540-34681-4. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 Geissler, P. E.; M. T. McMillan  . Galileo observations of volcanic plumes on Io. Icarus. 2008, 197 (2): 505–518 [2020-10-21]. Bibcode:2008Icar..197..505G. doi:10.1016/j.icarus.2008.05.005. （原始內容存檔於2020-12-05）. 
  9. ^ Frank, L. A.; W. R. Paterson  . Plasmas observed with the Galileo spacecraft during its flyby over Io's northern polar region. Journal of Geophysical Research. 2002, 107 (A8): SMP 31–1–SMP 31–19. Bibcode:2002JGRA..107.1220F. doi:10.1029/2002JA009240. 
  10. ^ Meltzer, Michael. Mission to Jupiter: A History of the Galileo Project (PDF). NASA History Series. National Aeronautics and Space Administration. 2007: 251 [2010-02-26]. NASA SP-2007-4231. （原始內容存檔 (PDF)於2017-02-14）. 
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 Douté, S.; et al. Geology and activity around volcanoes on Io from the analysis of NIMS spectral images. Icarus. 2004, 169 (1): 175–196. Bibcode:2004Icar..169..175D. doi:10.1016/j.icarus.2004.02.001. 
  12. ^ Stryk, Ted. Io from Galileo's 32nd Orbit. Planetary Images from Then and Now. 30 December 2009 [2010-02-25]. （原始內容存檔於2020-09-25）. 
  13. ^ Marchis, F.; et al. Keck AO survey of Io global volcanic activity between 2 and 5μm. Icarus. 2005, 176 (1): 96–122. Bibcode:2005Icar..176...96M. doi:10.1016/j.icarus.2004.12.014. 

 

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