圖解:木衛四。©基于NASA圖像

木衛四（Callisto）是伽利略所發現的木星衛星之一。木衛四是除木衛三和土衛六之外，太陽系中第三大衛星。它也是木星軌道上的第二大衛星。木衛四與水星的大小差不多。木衛四每17個地球日繞木星一圈。這顆衛星被潮汐力鎖定。意味着它每繞木星一圈就自轉一次，這與地球的月亮類似。因此，木衛四的一個“天”或者說自轉的周期等于其公轉周期，即16.69個地球日。

圖解: 木衛四（左下角）、木星和木衛二（位于木星大紅斑的左下方）。

木衛四是伽利略發現的伽利略衛星中最遠的一個。與其他伽利略衛星不同，木衛四沒有像木衛一、木衛二和木衛三那樣陷入軌道共振。這意味着它不受其他伽利略衛星的潮汐力的影響。其核心并沒有被木星和木星其他衛星之間的引力拉鋸所加熱。

1.木衛四的曆史

木衛四于1610年被發現。它的名稱來自一位女神的甯芙侍女，她獲得了宙斯的寵幸。而嫉妒的赫拉把她變成了一隻大熊。宙斯，也叫做朱庇特，将她升入天界，成為大熊星座。她與宙斯的兒子則成為了小熊星座。

圖解: 宙斯雕像，1680年，士麥拿

木衛四可能是在木星軌道的岩石環中經曆數百萬年時間所形成，這是圍繞太陽的岩石碎片聚合形成帶内行星過程的縮影。這個理論得到了數個環形山及其年齡的驗證，其中一些環形山年齡接近40億年。

2.木衛四的地理特征

據估計，木衛四大約有40億年的曆史，幾乎與太陽系一樣古老。木衛四上沒有任何地質活動。與木衛一不同，它不存在也可能永遠不會存在火山活動。木衛四不像木衛二與木衛三一樣擁有地下海洋。它也沒有像土衛六般明顯的大氣候來抵禦隕石坑。它的大氣層隻是由一層薄薄的二氧化碳組成。

圖解:木衛四上最大的撞擊坑稱為瓦爾哈拉多環結構（2500英裡）。©NASA圖片

過去的40億年中，在被木星引力所捕捉的小行星不停轟擊下，加之又不受風化作用的影響，使得木衛四成為太陽系中隕石坑最多的衛星。

圖解: 木衛四上的撞擊坑平原。

衛星上最大的撞擊坑稱為Valhalla。它大約2,500英裡至4,000公裡寬。Asgard大約1,000英裡至1,600公裡寬。這兩個隕石坑都以北歐神話中的人物命名。Gipul 撞擊坑鍊是一系列呈直線分布的隕石坑。這些隕石坑可能是因為一個大型天體被木星引力撕裂，同時又被另一個木星衛星所吸引，從而在撞擊木衛四上形成的。

圖解: 圖中的淡藍色曲線為阿斯嘉特撞擊坑，黑暗隕石坑平原則為紅色曲線。根據近紅外光譜儀探測結果，顯示阿斯嘉特撞擊坑内的水冰（吸水波段介于1到2微米之間）數量比較多，岩石物質則比較稀少。

木衛四缺少山脈，即便是那些通常由沖擊造成的山脈也都沒有。盡管冰體不曾像在木衛二或木衛三一樣覆滿木衛四的隕石坑，但人們仍推測這些隕石坑是被冰流弄平的。據說，木衛四上的冰層在撞擊之後會融化、流動，然後再次凍結。所以隕石的撞擊在岩石和冰層中會産生同心波紋，而不是像月球那樣産生大量噴射狀的碎片。

圖解: 阿斯加德大約1,000英裡寬。©NASA圖片

木衛四的大小與水星相似，但密度隻有其三分之一。這可能是冰與岩石混雜在一起造成的。木衛四是一個寒冷的地方。在白天，它隻有-108°C，夜間更是降至-193°C。木衛四表面的白色沉積物，或許是暴露在真空下的冰體升華的結果。

圖解: 哈爾撞擊坑及其中央拱形結構。

木衛四的地表因為主要由矽酸鹽岩構成而成深灰色。岩石表面下可能有一層大部分是冰體的地層。木衛四的逃逸速度略高于月球。木衛四相對于木星來說幾乎沒有軌道偏心率。它的軌道偏心率為0.0074，非常接近木星的赤道。木衛四運行在木星巨大的磁層外，所以它在所有伽利略衛星中輻射水平最低。

3.木衛四内部結構

木衛四有一個微弱的電離層。在木衛四稀薄二氧化碳大氣層和木星磁場之間相互作用下，其電離層的活動要比我們想象的劇烈得多。磁共振成像顯示，地表下方有一地層能傳導木星的磁場。

圖解: 這張圖顯示出木衛四周圍的感應磁場，其中磁力線的邊界相當明顯，是天文學家根據觀測資料所計算出來的。紅色的線為伽利略号的飛行軌迹。

它可能由位于地殼下方約100至200公裡處的高鹽度海洋構成，也可能完全由厚度達300公裡的冰體構成。由于缺乏闆塊構造和火山活動，木衛四在其地表下或許從未有過液态水，并且有着一顆自形成以來就被凍結的核心。有天文學家認為，木衛四在其地表下方至少有150公裡處有一個海洋，但與其他木星衛星相比，這方面的證據較為匮乏。

圖解:木衛一、木衛二、木衛三和木衛四的内部結構。©基于NASA圖像

其核心主要由矽酸鹽岩組成。同時也有氧化鐵岩石，冷凍氨和碳化合物存在的證據。木衛四表面的碳化物可能是碳基小行星撞擊留下的碎片。有迹象表明存在水冰與衛星岩石碎片的混合物。

4.來自歐羅巴的探索

先驅者10号和先驅者11号飛掠過木衛四，提供的數據确認了其真實體積的大小。旅行者号在1979年傳回了第一張關于木衛四滿目瘡痍地表的精細照片。

圖解: 木衛四與月球及地球的比較

更多的圖像在木星的伽利略任務中傳回，雖然該任務的真正目的是向木星的大氣層發送探測器。新視野号探測器在前往冥王星的途中，路過木衛四時，發回了該衛星的最新照片。木衛四将會通過Jupiter Icy Moon Explorer（JUICE）探測器進一步進行研究。JUICE計劃于2022年由歐洲航天局（ESA）發射。

圖解: 未來人類在木衛四上設置基地的想象圖

如果2022年發射順利，将在2030年到達木星。而美國航天局與之相似的任務，Jupiter Icy Moons Orbiter （JIMO），卻因缺乏資金而取消。在NASA的人類外行星探測項目中發現，如果将人類能抵達木星衛星，木衛四由于輻射水平低，是建立太空基地的最佳地點。然而，目前沒有任何一個航天機構積極策劃載人前往木星或其衛星，因此所有的人類任務計劃隻是停留在圖紙上。

圖解:旅行者1号送回了第一張精美細節的照片。©NASA圖片

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. thetimenow-孟冬

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