科学家们可以肯定地说出关于木卫一的两件事。首先，木星的这颗卫星是已知宇宙中火山活动最活跃的天体。它的表面布满了喷射熔岩的火山口，以至于它看起来像一个烤奶酪披萨；其发光的熔岩河流从地平线蜿蜒至地平线；其无休止的喷发将高耸的物质弧线喷射到太空真空中。
其次，没有人真正知道这个耀眼球体的火热管道有多深。木卫一的火山是由地壳下方的储集层供能，还是热量从更深层的来源（靠近卫星的金属核心）涌出？解决这个谜团也可能有助于揭示木卫一的姊妹卫星木卫二和其他冰卫星如何在太阳系外缘阳光匮乏的寒冷环境中，设法孕育出广阔的、可能适宜居住的液态水海洋。现在，一项新研究发表在《自然-天文学》上的作者认为他们找到了答案：他们将赌注押在埋藏在木卫一超现实表面不太深处的“热引擎”上。
加州理工学院的行星科学家安娜·古尔彻说：“像这样的研究为深入了解火山活动的多样性和其他世界的内部加热提供了宝贵的见解。”她没有参与这项新研究。虽然该论文的结论并非绝对明确，但它们正在帮助研究人员缩小关于热量如何在其他冰冻外星卫星内部产生及其产生位置的模型范围。
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在某种程度上，木卫一的内部热量可以追溯到木卫二及其最近的邻居卫星木卫三的存在：这两颗卫星将木卫一绕木星的轨道弯曲成明显的非圆形椭圆，这使得这座超级火山卫星时而靠近气体巨星，时而远离气体巨星及其扭曲的引力束缚。这种运动在木卫一内部引发了潮汐力，挤压了卫星的地质内脏，产生了巨大的、制造岩浆的摩擦热。问题是这种加热集中在木卫一内部的哪个位置——以及，间接地，木卫二和其他海洋卫星的潮汐加热可能也起源于哪里。
美国国家航空航天局的朱诺号探测器提供的观测帮助填补了木卫一火山热点的图像，让科学家们得以收集线索。这些红外图像“展示了前所未见的东西，”美国国家航空航天局喷气推进实验室的火山学家和行星科学家阿什利·戴维斯说，他是这项研究的作者之一。特别是，它们揭示了木卫一较低纬度和赤道广阔地区比其相对温和的两极释放出更多的火山热量。这种分布表明，木卫一的潮汐加热主要集中在较浅的深度，更靠近地壳。
加州理工学院的行星科学家凯瑟琳·德克莱尔说：“我们一直希望获得这个数据集几十年了，它终于来了。”她没有参与这项新研究。“模型[在很大程度上存在差异]，即融化主要发生在何处——是在核幔边界的下方，还是靠近地表。”
找出哪种模型最有效需要一张木卫一喷发火山的全球地图。然而，由于没有专门用于探测木卫一的航天器专门致力于，因此其火山热点的地图——尤其是极地区域的那些——仍然不完整。之前配备红外相机的航天器大多进行了对木卫一赤道区域进行观测的飞掠。
朱诺号在2016年进入木星的极地轨道时前来救援。利用这种新颖的视角，科学家们使用该航天器的木星红外极光绘图仪（JIRAM）仪器——主要用于研究木星的磁场和极光——对木卫一的两极进行了长时间的观察。
在这项新研究中，作者调查了木卫一上266个火山热点。这张地图显示，木卫一较低纬度地区单位面积释放的火山热量比两极多60%。对这种差异的最佳解释是，木卫一的潮汐加热主要发生在浅层，要么是在糊状的上地幔中，要么是在地壳下方不久的部分或完全熔融的岩石海洋中。
戴维斯说：“我有点倾向于岩浆海洋。”但证据并不确凿：喷发火山的位置与任何加热假说都不完全吻合。“木卫一的情况将更加复杂，”他补充道。
两极也具有火山活动，这意味着在更深的深度也可能发生一定程度的潮汐加热。“可能到处都发生一定程度的融化，”德克莱尔说。奇怪的是，北极单位面积释放的火山热量是木卫一最南端区域的两倍多。原因尚不清楚；戴维斯推测，南极下方的地质屏障——可能更厚的地壳或其他一些耐热构造——阻碍了热岩流向地表。
尽管这些结果可能是任何人能够获得的对超火山天体的最接近X光片的观察，但它们仍然包含巨大的不确定性。研究人员（包括该研究的作者）甚至不能确定木卫一火山热排放模式是否是卫星热流的可靠代表。“岩浆会在它能够到达地表的地方到达地表，即使那不是直接位于融化源上方，”布法罗大学的行星火山学家特蕾西·格雷格说，他没有参与这项研究。这些迂回的迁移使得确定木卫一潮汐加热的主要位置更加麻烦。
而且，这张木卫一火山热点地图也不能一成不变（无论是熔融的还是其他的）。木卫一的火山与地球的火山有一些共同之处：有些火山长期保持活跃，而另一些火山则会发生短暂的阵发性喷发。杨百翰大学的行星地质学家贾尼·拉德博说，其瞬息万变的火热面貌是“木卫一令人欣喜之处”。她没有参与这项研究。“我们永远无法完成对所有火山活动的测绘。”
本文对卫星喷发的全球描绘可能是同类研究中的首例。但这不会是最后一次。未来木卫一火山热点的快照可能与这次的快照大相径庭，可能会支持不同的结论。然而，就目前而言，这张热快照与过去研究相符，这些研究利用卫星喷发或休眠火山的分布来确定木卫一热引擎的位置——而且看起来该引擎是浅层的，而不是深层的。
随着朱诺号继续其大胆的飞掠，我们将看到更多火山爆发。“这是你可以想象到的最纯粹的发现形式，”戴维斯说。“看到这些东西绝对令人兴奋。”
本文的一个版本题为“喷发的卫星”，被改编收录在2024年2月刊的《大众科学》杂志中。本文反映了该版本，并增加了一些为印刷而删节的材料。