探测器列传：32.板块运动
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了解科学 爱上科学 欢迎收听科学时评话咱们上文书说到科学家发现木卫二的冰层上陨石坑比较少和木卫二的年龄它就不太相符这就说明木卫二的冰层存在不断更新的现象因此冰盖显得比较年轻

咱们这么说吧这个木卫二的冰盖的年龄大概跟那恐龙差不多想当年这个旅行者二号曾经拍摄到了木卫二比较清晰的照片科学家们就发现木卫二上到处都是纵横交错的条纹当时科学家们就在猜这些条纹应该就是冰层的裂纹或者说这东西是不是在收缩或者是在膨胀导致它归裂的

你别小看这猎文啊这说是猎文实际上呢这是高山河峡谷是完全由冰组成的高山河峡谷

其实呢在旅行者号到达之前科学家们就已经推测出啊这个木卫二冰层下边应该有一个全球性的海洋如果这个海洋是连续的是全球性的那么木卫二的冰层甚至有可能出现类似地球上的板块活动这在当时呢只是一个假设它得不到验证

后来从旅行者号拍摄的照片来看的确是有这种可能但也只是推测因为当时的照片还看不清更多的细节等到伽利略号拍摄了高清晰度的照片之后大家看到了高清晰度的裂纹图案科学家们发现

这些裂纹啊它是有蹊跷的另外呢伽利略号上的磁场探测器啊也发现了这个木卫二有磁性这个磁性呢并不是来自于自己而是被旁边巨大的木星给磁化了因此呢这个木卫二必须有比较好的导电性才能产生这种感应磁场

冰的导电性是不够的所以它必须有大量的液态海水才能有这么好的导电性也就是说木威尔必然在冰层下存在着大范围的液态海洋也就是说冰层产生类似板块的运动它的确是有足够的条件的大家如果听过我讲大洋中级的相关内容不妨就得好好回忆回忆当初的内容了跟当初的内容都是相关的

大洋中脊啊是一条蔚为壮观的海底巨大山系这个巨大的山脉轴线上它有一个裂谷从这个裂谷之中啊它就咕嘟咕嘟往外冒岩浆啊

沿着这个轴线上有上万座海底火山正在喷发然后这些岩浆冷却下来就变成了新的洋底整个洋底呢是被撕裂整个海底板块啊就像坐在传送带上一样它在缓慢移动从中洋脊冒出的岩浆呢它就会填补这些裂缝

另外一边呢大洋板块和陆地板块接缝的地方这大洋板块就插到陆地板块的下边去了会送下地球的深处最后呢会融化成为地脉的一部分

大洋的海底就是这么不断的移动不断的再生这个大洋的洋底插进大陆下面的地方叫做浮冲带在这儿呢有很多深不见底的海沟比如说最著名的就是世界上最深的海沟叫玛里亚纳海沟而且浮冲带周围呢也是这个火山地震最频繁的地方比如说环太平洋地震火山带

这个中阳脊很长很长绵延几千公里甚至上万公里但是咱们这地球它是个球它是在自转的在各个纬度上中阳脊扩张速度它也是不一样的所以中间就会出现错位和断裂你要是看 Google 地图那个海底地图你就会发现

中阳级某一段就跟被刀切下来一样再切下来那一截然后平移出去一截这种错位的地方叫转换断层

有些东西你让我靠语言来讲它实在是难以描述大家真的有兴趣可以去科学史评划的公众号看图文版无独有偶科学家们在木卫二的高清照片上也找到了类似的裂缝这些棕红色的裂缝看起来就像是地球上的中阳极它中间也有个裂谷这些高山峡谷也有类似转换断层的这些结构

出现了某一段整体性错位

同样呢科学家们也找到了类似俯冲带的结构这一块冰盖插进了另外一块冰盖的下边当然根据科学家们推测呢这个冰层的俯冲带和地球上这个岩石的俯冲带啊它还是有区别的这个冰板块的边缘呢可能会碎裂就造成一大堆的碎冰渣子但是呢大家要明白啊太阳系的星球上咸水远比淡水要多得多啊

木卫二那个冰层啊它是含盐的因为两块板块的含盐度不同呢有些碎冰块的轻点有的碎冰块呢它重点重一点呢会被压在下边有的甚至就被推到那个冰盖的下边去了这个作用就起到了俯冲带的作用这些被挤的板块下面去的那些冰块呢最终都会化成水的

当然了这种板块活动它是不是全球性的呢现在还很难说因为现在找到的俯冲带它比较短它不像地球上的俯冲带那么广泛另外板块活动的动力来源依然还有疑问对了那些裂缝怎么会变成棕红色呢现在根据科学家们分析那是因为这些地方的盐分比较高在高能带电粒子的轰击之下这些盐分已经老化了也就变颜色了

当然了 伽利略号也对木卫三进行了详细的考察还拍了不少的照片这个家伙吧 尽管也有一个非常厚的冰壳子也有一个深达 160 公里的海洋但是人家表面从来没有那么多支离破碎的裂纹人家的表面那陨石坑还是相当多的有一个大陨石坑特别的明显所以呢 这个家伙的表面应该是比较老旧的而且没有大规模更新的迹象

不过呢根据伽利略探测器发挥的数据啊木卫三这个家伙居然有自己的磁场所以呢这个家伙就成了太阳系第三个有磁场的固体星球前两个一个是地球一个是水星

说白了还是因为这个家伙足够大它内核相对来讲也比较大内部温度也就比较高以至于这个内核可以处于熔融状态也能形成一个发电机模式所以它也有自己的磁场

与此相反呢这个木卫四它就没有磁场其实呢木卫四比那个木卫三呢也就小了一点点而已这个木卫三呢号称叫太阳系最大的卫星它的直径呢是 5240 公里比月亮和冥王星都要大达到了火星的四分之三

因为这个家伙个头比较大嘛引力也比较大所以呢伽利略号就好几次借助了木卫三进行引力弹弓来调整轨道啊所以经常隔三差五了就过了一趟这个木卫四的尺寸呢达到了水星的 99%直径呢是 4800 公里是太阳系的第三大卫星仅次于木卫三和土卫六啊人家个头也不小嘛对了咱们顺便说一句啊

在伽利略号拜访穆威斯的时候这个地面的测控人员他也没闲着他们首次利用了澳大利亚堪培拉测控站和加州的哥德斯通测控站联合对伽利略号展开了监视而且呢他们还调动了帕克斯望远镜来补充支援这两个测控站点就形成了一个双点阵列这个地球和伽利略号的通讯速率终于加快到了每秒 120 个比特

地面人员终于爽了一把你别小看这 120 比特每秒这么多年来地面和伽利略号的通讯速度只有可怜的 12 比特每秒

太可怜了就因为原本那个高增益天线它打不开那个天线设计指标是 132 比特每秒这么多年了这地面测空人员是从来也没享受到过这个速度现在终于用两个测空站想办法把速度给提升来了这回传照片就可以比过去快一点了

等着地面上的科学家拿到了木卫四传回来那个照片一看我的天哪这木卫四就是满脸麻子坑堪称是太阳系之罪它那表面可以说是被砸得惨不忍睹基本上就没什么好地方这家伙是四颗伽利略卫星之中距离木星最远的一颗而且呢它也被木星潮汐锁定了它是一个面朝向木星因此呢

因此它不存在内部加热的问题因此木卫四表面既没有板块运动也没有火山喷发唯一能够改变地形地貌的措施就是小天体撞击装一个坑就保留一个坑千年万年它还在呢

这四十亿年来啊所有的沧桑啊全都写在这张脸上了由此可见这家伙的表面有多么的古老像木卫一木卫二木卫三这三颗啊他尽管也是被木星给潮汐锁定了但是这三个家伙互相之间呢是存在引力轨道共振的

它相互之间的引力潮汐非常明显因此可以足以加热内部但是像木卫三这种大家伙它还自带热源所以它内部的活动也比较明显这个木卫四比木卫三小不了多少

他为什么内部他就没有金属内核呢他就没有形成磁场呢你别说这事啊还真的挺够呛的科学家们提出了一种说法和著名的后期重轰炸期是有关系的简而言之吧大约是在 41 亿到 38 亿年前那个年代是一个小天体到处乱飞的年代

我们要明白一个道理我们今天看到的太阳系是一副岁月静好和谐安宁的样子其实早年间啊这个太阳系也曾经有自己非常狂野的一面究其原因呢一般认为是木星和土星这大哥和二哥他不太干好事啊他当时恰好出现了木星和土星的轨道共振也就是说木星绕着太阳转两圈这土星恰好转一圈

这下就出大事了小行星蛋有很多小天体啊就受到这二位的强烈扰动就开始到处乱飞了

大部分呢是飞向外太阳系少部分呢就扔错方向了这奔着内太阳系就来了结果就把内太阳系的这些可怜的岩石行星给打了个屋檐清不过呢这也算是因祸得福因为彗星和某些小行星它是富含水分的这一砸就给干燥的内太阳系带来了大量的水内太阳系为什么这么干燥呢就因为

距离太阳太近了让水啦什么二氧化碳啦都不可能冻结成固体颗粒成为行星的建筑材料只有在距离足够远的地方温度足够低你才能让水凝结成冰块才有条件成为天体的建筑材料所以你看木星的卫星有好几个都属于大冰坨子一个比一个水多呀

都比地球上水要多得多了所以咱们太阳系根本就不缺水只不过咱们靠近太阳的这些内太阳系星星比较干燥相对来讲啊地球已经算是很不错的了啊这个彗星啊小行星砸下来的这点水呢还能被地球的引力给它牢牢的锁住其他几个岩石行星啊

那还不如地球呢扯远了咱们把话头扯回来反正呢后期重轰炸期就是一个小天体乱飞的年代在 39 亿年前木星的范围内也曾经遭到过很多小天体的撞击科学家们对这个事件呢进行了数值计算和模拟就发现呢这个木卫三和木卫四可以说是冰火两重天

多新鲜啊木星他老人家就是个巨大的西辰奇异嘛这大量的小天体都奔着他去了嘛前两天不刚撞一回吗反正啊谁离他近那谁就跟着吃罐捞呗这木卫四就好多了呀他毕竟人家离得远呢虽然也挨砸但是撞击次数只有木卫三的一半

另外呢撞击木卫三的小天体它速度更快它动能更大结果就导致这个木卫三挨砸接收到的总能量啊是木卫四的 3.5 倍啊这还不是两倍关系了这个木卫三和木卫四形成初期啊都是灰尘与冰茬子的混合物

最开始他们在形成的时候内部是没有那么多分层的它并不是我们现在看到的样子巧不巧木卫三挨了那么多次撞击产生的热量足以让木卫三的冰融化了更加容易出现分层于是岩石颗粒就开始往中心聚集就开始沉淀

慢慢的木卫三就出现了明显的分层最中心的就是铁和硫化铁组成的核心这里附集了大量会自发衰变的重元素这些元素在核心聚集它释放的热量也比较集中而且保暖措施还不错因此核心就开始升温就开始熔融起码是部分熔融结果就导致了熔融的物质开始对流于是就产生了自己的磁场

但是木卫四它就没有经历过这个过程它挨砸比较少它没有熔融状态它的分移过程就变得非常非常慢它表面的确是有一层冰下边就是岩石成分它基本上没有产生高密度的内核它放射性元素也没有实现聚集这样的结构它也不太利于保暖它散热还快所以

所以木卫四基本上就没有能量来源嘛既然没有火山也没有地震那表面状态就一直保持着挨砸的状态那砸多少是多少了那么木卫四有没有地下海洋呢理论上应该也是有的因为根据伽利略号的测量木卫四的导电性它也不错这冰的导电性是很差的但是盐水的导电性会很好所以呢木卫四的冰层下面也是有海洋的

液态水这一层是加在两层冰中间另外冰下面的固体内核其实它也是压缩状态的岩石和冰的混合物

从外到内从上到下也是越往里边岩石就越多冰就越少越往外边冰就越多反正它也是有这么一个分布关系就此伽利略号把木星最大的四颗卫星都拜访了一遍还顺便探测了几颗小卫星包括木卫 5 啊木卫 14 啊木卫 15 木卫 16 啊

说实话这木星卫星实在太多了根本就数不过来你要是把那大石头都算上那更是不稀奇处了随着伽利略号工作的年头越来越长了它的电力就开始下降了它相机也开始逐渐老化了说白了木星周围的高能带电粒子对电子元器件的损伤都是很厉害的到了 2002 年初相机就已经彻底不能用了这也就意味着伽利略号已经快要走到生命的尽头了

早在六十年代卡尔萨根就和克尔曼联合写过一篇文章就是阐述了地球生命污染其他生命的这么一种忧虑还记得我们以前讲到过的那个《勘测者 3 号月球探测器》吗这个阿波罗 12 号的登月飞船就降落在这个探测器旁边结果宇航员还煞有节事跑过去把《勘测者 3 号》上的一些设备给拆下来了大包带回了地球

回到地球以后呢就在相机上发现了链球军这些链球军肯定是人类不小心给它沾染上去的嘛大家万万没想到这些链球军在太空环境之下居然足足休眠了两年所以如果我们不在乎任由伽利略号这种完成任务的探测器继续绕着木星转这些探测器最终会受到各种天体引力的影响

它万一坠落在某个卫星上比如说就坠落在木卫二上那伽利略号出发前它又没消过毒啊这上面保不齐带着地球上的细菌或者病毒这些生命体有可能跟着探测器就一块坠落到这个木卫二上了那麻烦大了如果这些玩意儿它慢慢适应了在木星卫星上的生活它开始繁殖扩散了那就出问题了我们

我们万一在这上面发现了生命我们如何判断这是本地的土著生命还是咱们从地球上带来的外来移民呢这我们就搞不清楚了呀

因此为了避免以后的麻烦这些探测器一律要做无害化处理对于伽利略号来讲那坠入木星是最方便的因为木星上不太有可能有生命存在嘛那个高温高压的极端环境足够拿来消毒用了 2003 年的 4 月 14 号就是这么个不吉利的日子

伽利略号开始了最后一圈的绕行这一次的轨道非常的扁长这个伽利略号啊几乎是从 2600 万公里之外就开始向木星冲刺了

这次冲刺的时间是足够的漫长足足有五个月到了 2003 年的 9 月 21 号伽利略号就一头扎进了木星的南极部分因为当时南极部分不在阳面伽利略号可以说是在黑暗之中冲进了木星大气层

地面和伽利略号的信号联系呢就此中断了伽利略号就此完成了他最终的使命这个伽利略号呢其实还是有一艘备用的探测器的啊这东西都是一事两分

NASA 在 1983 年的时候曾经盘算过打算用这个备份探测器执行土星探测任务但是后来还是决定算了咱就别用这个老东西了咱们还是专门研发一套新的探测器也就是后来的卡西尼贵庚斯号探测器这个探测器我们以后再讲

1992 年呢尤里希斯号探测器也曾经拜访过木星这个尤里希斯号呢其实是个太阳探测器那它为啥要飞到木星这么远呢

就是因为啊这个尤利西斯号太特殊了我们发射的探测器呢一般都是在黄道平面内打转转如果需要研究太阳的两极地区那就不能再在黄道平面内打转转了这个轨道面啊就必须和黄道是垂直的

没办法因为这个尤里希斯探测器啊它也是拿航天飞机发射的这航天飞机的上面级呢它也不是特别给力所以为了实现变轨就必须借助木星巨大的引力咱拐一个直角弯硬掰 90 度那既然你来都来了嘛那干脆就先到木星拜访一次咯先来拜个码头好好拍几张照然后再说咯这个尤里希斯探测器啊是美国和欧洲人合作的产物它本来是

他本来的名字呢叫奥德修斯后来这个欧洲人不是掺和一脚吗于是强烈要求把这个奥德修斯名字换成拉丁文也就是尤里希斯其实啊这俩名字指的是同一个人这就是一码事儿这个欧洲人非要给你杠一下那就杠一下呗

这个探测器是 1990 年发射的都是被挑战者号航天飞机爆炸事故给耽误的啊这一直拓到 1990 年到了 1992 年美国人发射了火星观察者号啊这个探测器呢是个环绕火星运行的探测器主要工作呢就是给火星好好拍照同时测量一下高层贵质精细地图顺便记录一下火星的气候变化等等数据可惜

这个探测器在快要到火星还差三天路程的时候它突然失联了它不知道哪去了

根据后来的调查报告呢可能是燃料罐破裂喷出去的气体导致这个探测器啊开始发疯似的大转转就跟陀螺一样于是这个探测器就进入了这个应急模式就彻底关掉了无线电于是这个探测器就再也救不回来了他都没消息了嘛那就没办法了那这次任务都没法完成了那任务就只能分摊给未来的探测器

那么美国未来还计划发射什么探测器呢咱们下回再说科学声音