在我们的太阳系中，既有冰封的世界，也有火山肆虐的世界。木星的卫星 艾奥 就是一个火山肆虐世界的最佳范例，它遍布火山，被熔岩流撕裂。
有许多相互竞争的理论来解释这个火球的运作机制。发表在《行星科学杂志》上，并在 2022 年美国地球物理学联合会秋季会议上展示的最新研究，利用计算机模拟缩小了火山世界内部可能发生的情况，表明其表面下方隐藏着一个炙热的岩浆海洋。
岩浆海洋被认为是太阳系早期岩石行星和卫星的普遍特征，但随着时间的推移，随着事物的冷却，如今几乎已不复存在。艾奥炙热的海洋可能是唯一现存的例子，为科学家提供了近距离观察的机会。
“岩浆海洋是否存在，基本上改变了艾奥的运作方式，并极大地影响了对艾奥各种观测结果的解释，”新研究论文的首席作者、加州理工学院行星科学家 吉田吉纪（Yoshinori Miyazaki） 说。
在地球上，火山是由我们星球板块构造板块的移动引起的。艾奥的火山源于一种非常不同的机制，称为 潮汐加热。在潮汐加热中，一个大天体——在本例中是木星——通过引力挤压和拉伸其附近的其他天体，通过摩擦使其升温。这有点像用手揉捏粘土，直到物质变得有弹性且温暖。由于这种地质现象，艾奥拥有足够的热量来维持其众多火山。
“在艾奥，潮汐加热失控，产生了我们太阳系中最具火山活性的世界之一，任何时候都有超过 100 座活火山，”NASA 喷气推进实验室的行星科学家 詹姆斯·塔特尔·基恩（James Tuttle Keane） 说，他未参与此项研究。“由于艾奥的潮汐加热非常极端，它使其成为理解这一过程的最佳天然实验室。”
长期以来，人们一直在争论艾奥下方到底有什么。在我们看到这个地狱般的卫星表面之前，科学家们就推测，由于艾奥狂野的潮汐加热，其岩石地壳下方可能存在一个汹涌的岩浆海洋。然而，一旦 旅行者号 和 伽利略号 揭示了艾奥崎岖的地形，天文学家就开始怀疑地下岩浆海洋是否能支撑如此沉重的山脉。
然后，科学家们转向提出其内部只是岩石，内部只有少量熔融部分。最近一项假设提出，其内部可能是介于纯粹岩浆和纯粹岩石之间的物质——一种称为岩浆海绵的半熔融物质。“将岩浆海绵想象成一块洗碗海绵或珊瑚海绵，其中固体和液体完全相互连接，”塔特尔·基恩解释道。“这意味着流体，无论是肥皂水还是岩浆，都可以通过海绵流动，但海绵仍然具有一定的结构完整性。”
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然而，这项新研究利用计算机模型表明，艾奥的内部不太可能是岩浆海绵，而且考虑到伽利略卫星现有的观测结果，岩浆海洋的说法更为合理。
基于对艾奥内部条件的合理假设，计算机模拟预测，岩浆海绵会迅速分离成不同层次的岩浆和岩石，从而形成岩浆海洋。“熔体和岩石倾向于快速分离，就像你把冰沙放一会儿，里面的冰和水会分离一样，”加州大学圣克鲁兹分校的地质学家弗朗西斯·尼莫（Francis Nimmo）说，他没有参与这项研究。
不幸的是，这些模型无法确切证明艾奥是否拥有岩浆海洋。为此，我们需要派探测器返回这颗炽热的小卫星。
吉田吉纪期待着 朱诺号宇宙飞船 于 2023 年 12 月和 2024 年 2 月进行的下一次艾奥飞掠，届时天文学家将测量该卫星的一个称为洛夫数（Love number）的属性。这个数字是行星体内部刚性或柔韧程度的代理。“如果洛夫数很大，”吉田吉纪解释说，“它将证实艾奥地下存在岩浆海洋。”
即使确认了岩浆海洋，“在试图理解艾奥的内部结构方面，仍有许多不确定性，”塔特尔·基恩说。“我们需要未来的任务来探索艾奥和木星系统……在执行一次专门的艾奥任务来详细探索这个火山卫星之前，许多问题仍将悬而未决。”
