木卫一

木卫一，即伊奥，是木星的四颗伽利略卫星中最靠近木星的一颗卫星，它的直径3,642公里，是太阳系第四大卫星，表面环境极其恶劣，众多超级火山活动和超强地震频繁发生，地表形态塑造周期较短。它的名字来自众神之王宙斯的恋人之一：艾奥，是赫拉的女祭司。

中文名：木卫一

外文名：Io

别称：伊奥

发现者：伽利略、马里乌斯

发现时间：1610年1月7日

质量：8.9319×10²²kg(0.015地球)

平均密度：3.528g/cm³

直径：3637.4km

表面温度：平均130K；最大2000K

反照率：0.63±0.02

视星等：5.02(冲)

表面积：41,910,000km²(0.082地球)

体积：2.53×10¹⁰km³(0.023地球)

宇宙速度：2.558km/s

赤道旋转速率：271km/h

1、简介

物理特性

与不少外太阳系的卫星不同，木卫一与类地行星有不少相似的地方，其表层由硅酸盐熔岩所构成，根据伽利略号所观测的数据中，它的内核可能由硫化铁所组成，其半径估计最少有900公里。

木卫一

人们以前一直认为，木卫一表面定拥有不少环形山。可是从旅行者1号于1979年传回地球的照片中，木卫一表面的环形山并不多，并非如人们所想，这是因为其火山活动使它的地形不断改变。于是，人们便把它不断更新的表面看成是“年轻”的，因为这些地形是新近形成；相反，月球表面满布陨石坑，并保留了数十亿年，人们便把月球的表面看成是“年老”的。

除了火山外，木卫一其他的景观，仅有一些普通的山脉、溶化硫湖泊、深度达数百公里的破火山口，以及长达数百公里的低黏度液体在流动，可能是液态硫或是硅酸盐。此外，木卫一的硫磺及其化合物拥有多种不同的颜色，形成了它独特多变的外观。

科学家从两艘旅行者号传回的多张照片作出分析，相信木卫一表面的熔岩流，主要由融化了的硫化物所组成。但是从地面的红外线研究结果中，测得木卫一热点的温度可高达2000K，比硫的沸点还要高出1300K，因此有指这些熔岩不太可能是硫，木卫一的整体平均温度为130K，比热点温度低得多，而最新的理论也指出那些熔岩流是由硅酸盐组成。根据哈勃太空望远镜的观测结果，这些物质可能富含金属元素钠，在不同地方也可能含有不同的物质。

木卫一大气层极端稀薄，只有地球大气压力的十亿分之一，主要的成分是二氧化硫，氯化钠、一氧化硫及氧也有少许。

其他伽利略卫星均拥有固态水，木卫一所含的水却极少，人们认为是早期的木星温度很高，其热力可以蒸发木卫一上的水，但其他大型卫星的水则不足以蒸发。

它所有活动所需要的能量可能来自于它与木卫二、木卫三及木星之间的交互引潮力。这三颗卫星的共动关系固定，木卫一的公转周期是木卫二的一半，后者是木卫三的一半。虽然木卫一就像地球的卫星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由于木卫二与木卫三的作用使它有一点点不稳定。它使木卫一扭动、弯曲，大约有100米长，并在复原扭曲的循环中产生能量。

木卫一同样切割木星的磁场线，生成电流。对于引潮力而言由此产生的能量不多，但电流的功率仍有1兆瓦特。它也剥去了一些木卫一的物质，并在木星周围产生强烈的凸起状辐射。在凸出面中脱离的粒子部分地造成了木星的巨大磁层。

celestia中的木卫一（贴图经过替换）

物理特征

大小：3,660.0×3,637.4×3,630.6km

Io(木卫一)

赤道表面引力：1.796m/s²(0.183g)

宇宙速度：2.558km/s

自转周期：同步的

赤道旋转速率：271km/h

反照率：0.63±0.02

表面温度：平均130K；最大2000K

星等：5.02(冲)

轨道资料

近拱点：420,000km(0.002807AU)

远拱点：423,400km(0.002830AU)

平均轨道半径：421,700km(0.002819AU)

轨道离心率：0.0041

轨道周期：1.769137786d(152853.5047s,42h)

平均公转速度：17.334km/s

轨道倾角：2.21°（对黄道）

0.05°（对木星的赤道）

卫星所属星球：木星

2、观测历史

艾奥卫星的发现者伽利略

在后来的两个半世纪，艾奥仍未被解析过，在天文学家的望远镜中仍然只是一个亮度5等的光点。在17世纪，艾奥和其他的伽利略卫星为各种各样的目的服务，像是协助船员们进行经度的测量，验证开普勒的行星运动第三定律，和测量光线在旅行在木星和地球之间的时间。以卡西尼等人建立的星历表为基础，拉普拉斯创造了一种数学的理论来解释艾奥、欧罗巴、和盖尼米得的轨道共振。这种共振在日后发现对这三颗卫星的地质有深远的影响。

木卫一

望远镜技术的改进，使19世纪末20世纪初的天文学家有能力在解析（能看得见）出在艾奥上大区域的表面特点。在1890年代，巴纳德首先观察到艾奥的赤道和极区之间在光度上的变化，正确的测量出这两个地区的光度变化是来自颜色和反照率的不同，而不是因为艾奥呈现卵型，一如威廉·皮克林和他的同伴所主张的，而不是巴纳德最初所主张的是两个不同的天体。之后的望远镜观测证实了艾奥很明确的在极区是红棕色的，而赤道带是黄白色的。

在20世纪中期的望远镜观测开始注意到艾奥异常的本质。分光镜的观测建议艾奥的表面没有水冰（在其它的伽利略卫星上被发现含量丰富的物质）；同样的观测亦表面主要的成分是钠盐和硫磺。电波望远镜的观测揭露了艾奥对木星的磁层有所影响，如被观察到的十米的波长爆发与艾奥的轨道周期有关。

先驱者号

通过艾奥附近的第一艘航天器是先驱者10号和先驱者11号这一对孪生的航天器，分别在1973年12月3日和1974年12月2日以无线电追踪提供了艾奥质量的改善估计值、与艾奥尺寸的最佳值。认为艾奥是四颗伽利略卫星中密度最高的，主要是由硅酸盐的岩石组成，而不是水冰组成的。先驱者号也揭露艾奥有稀薄的大气层，轨道附近有强烈的辐射传送带。先驱者11号的照相机获得的唯一一张好的照片，显示了艾奥的北极地区。先驱者10号原先计划在近距离的接近艾奥时拍摄照片，但是这项观测因为高辐射的环境而失败了。

旅行者号

当另一对航天器旅行者1号和旅行者2号在1979年掠过艾奥，它们更为先进的影像系统可以获得更好的影像。旅行者1号在1979年3月5日从20,600公里飞掠过这颗卫星，它传回在接近的影像显露很奇怪、多彩多姿却没有撞击坑的。分辨率最高的影像显示出相对年轻的表面点缀著其形怪状的凹坑，山比艾佛勒斯峰还要高，还有类似熔岩流的特征。

旅行者1号拍摄的艾奥南极区的马赛克图

在短暂的邂逅之后，旅行者工程师琳达·蒙娜碧朵注意到在一张影像中有一个流束从表面放射出来。分析旅行者1号拍摄的其他影像后，总共找到9张有这种流束的照片，证实了艾奥有活跃的火山活动。在旅行者1号邂逅艾奥之前不久，StanPeale、PatrickCAssen、和R.T.Reynolds曾发表了一篇论文，作者计算出因为欧罗巴和盖尼米得的轨道共振，艾奥的内部会有巨大的潮汐热化（详细的过程与解释请参见潮汐热的章节）。来自这次飞掠的数据显示艾奥的表面由硫磺和二氧化硫霜控制着。这些成分也掌控著稀薄的大气层和围绕着艾奥轨道的等离子体环（也是旅行者发现的）。

旅行者2号在1979年7月9日以1,130,000公里（702,150英里）的距离掠过，虽然他没有旅行者1号那么接近，比较这两艘航天器的影像显示出在这五个月内表面有一些地区发生了变化。另一方面，旅行者2号在离开木星的系统时观察到艾奥呈现月牙型，并显示出在3月观测到的9个流束中的8个依然活跃着，只有裴蕾火山已经熄灭了。

伽利略号

伽利略号航天器从地球出发后经历了6年的航程，于1995年抵达木星，依循旅行者航天器的发现和地基天文

台多年的观测，继续后续的观测。艾奥的位置在木星最强烈的一条辐射带之内，阻碍了近距离长时间飞掠的观测，但是伽利略主要的任务就是研究伽利略卫星，在最初两年的任务中轨道将进入并密切的经过这些卫星。在1995年12月7日飞掠过时虽然没有获得影像，但还是有重大的结果，例如发现类似于太阳系内侧的岩石行星的巨大铁核。

伽利略号与艾奥的邂逅

在伽利略的主要任务期间，尽管缺乏近距离特写的镜头和机械上的问题，还是传回来了许多的资料，并且有一些重大的发现。伽利略号观测到了Pillan火山的主要爆发，并且证实火山爆发由硅酸盐的岩等离子体和富含镁的镁铁质和超镁铁质成分与硫磺和二样化硫组成，类似于地球上的水和二氧化碳所扮演的角色。在任务的主要期间，几乎每一条轨道都获得了艾奥远距离的影像，显露很大数量的火山活动（来自表面和火山流束两者的岩等离子体冷却时都散发出辐射热），众多的山和广泛的型态学上的变化，还有在旅行者和伽利略的年代之间，以及伽利略不同的轨道期间，在表面发生的变化。

伽利略号的任务在1997和2000年两度的延展，在这些延长任务的期间，航天器在1999年末至2000年初，三度飞越艾奥；在2001年末至2002年初又再三度飞越。在这些遭遇时间的观察透露了艾奥的火山和山的地质过程，排除了磁场的出现，并且证实了火山运动的程度。在2000年的12月，卡西尼航天器在前往土星的路程上与木星系统有过短暂的邂逅，与伽利略号联合一起观测。这次的观测在特瓦史塔火山口发现了一个新的流束和证实观察到了艾奥的极光。

后续观测

在伽利略号之后的2003年9月，火热的困境出现在木星的大气层，地基的望远镜观测到艾奥有新的火山活动。特别是，来自夏威夷凯克望远镜的自适应光学所获取的影像，和哈勃空间望远镜允许天文学家监测艾奥的火山活动。这些影像使得科学家不需要用到航天器就能监测艾奥的火山活动。

伽利略号和新视野号相隔八年的表面特征变化

前往冥王星和柯伊伯带的航天器新视野号在2007年2月28日在路途中接近木星和艾奥。在接近木卫一期间，它获得许多艾奥的远距离观测资料，包括特瓦史塔火山口的巨大流束，证实了是自从1979年在艾奥观测到裴蕾火山的第一个流束以来最大的。新视野号也捕捉到GirruPatera在接近与进入早期喷发前的影样，还有一些在伽利略号就已经观察到喷发的火山。

目前有两个探测木星系统的计划即将执行。朱诺号航天器在2011年发射，影像的能力虽然受到限制，但它可以使用近红外线分光仪（JIRAM）提供艾奥的火山活动。欧罗巴木星系统任务（EJSM）是NASA和ESA合作的计划，它已在2009年2月获得核准，但发射的预定日期在2020年，将使用二艘航天器研究艾奥：NASA的木星欧罗巴轨道者和ESA的木星盖尼米得轨道者。因为这两艘航天器的主要任务是研究木星的冰卫星，所以对艾奥的观察几乎都是在比较远的距离上，木星欧罗巴轨道者在进入环绕欧罗巴的轨道之前，在2025年和2026年之间将四度接近与飞掠过艾奥，但是ESA的贡献仍将面对ESA其他项目在经费上的竞争。除了NASA已经批准的这两个计划之外，还有几个与艾奥相关的计划被提出。一个称为艾奥火山观测者的计划将在2015年发射，它设定为发现级的任务，并将多次飞越艾奥，但这个计划仍在概念研究的阶段。

3、研究发现

木星卫星数目现已高达63颗，其中最大的四颗：木卫一、木卫二、木卫三和木卫四最为著名，早在1610年，伽利略便已通过他的望远镜观测到这四颗卫星，并以之证明并非所有的天体都绕地球运行，成为“日心说（地动说）”的最佳证据之一，因此天文上以“伽利略卫星”称呼这四颗木星的大卫星。

旅行者号宇宙飞船约在20几年前掠过木星附近时，观测到木卫一的表面有非常活跃的火山活动，地面科学家持续监测木卫一，结果发现它是太阳系中火山活动最频繁的天体。而前几年才刚功成身退的“伽利略”号宇宙飞船则发现木卫一表面的火山热点温度高达摄氏1610度左右，相较之下，地球上的火山（如夏威夷的几劳亚火山等）只有摄氏1000度左右，顿时使木卫一成为太阳系中表面温度仅次于太阳的天体（太阳表面温度约5700度左右）。已知木卫一表面有超过100座的火山，并证实木卫一的火山活动频率高达地球的30倍以上。天文学家认为：木卫一的火山之所以如此活跃，原因在于它是四颗中最接近木星的一个，受到木星强大的潮汐力和磁场影响非常严重。

美国华盛顿大学行星科学家利用计算机仿真木卫一表面火山爆发的情形，结果显示木卫一表面的熔岩温度之高，使其中所含有的钠、钾、硅、铁等都被蒸发成气体，有部分变成单原子气体，有部分则维持分子状态，如一氧化硅、二氧化硅、一氧化铁等，成为木卫一大气层的一部份。科学家们曾在2000年时提出预测：这些被蒸发的岩石成分，与火山气体中的硫或氯等交互作用之后，可能产生一些罕见的气体，如氯化钠、氯化钾、二氯化镁、二氯化铁等。

天文学家在2003年时真的在木卫一表面发现氯化钠气体成分，但因观测结果灵敏度不足，无法侦测出氯化钾气体的存在。如今，科学家们利用伽利略卫星的观测资料，配合他们的地面望远镜观测结果，分析后发现：木卫一表面炽热熔岩中钠和钾，正在蒸发成气体进入大气中。此外他们还发现一氧化硅则是熔岩中硅类气体的主要成分；由于天文学家在太空中已观测到一氧化硅的存在，尤其是表面温度较冷的恒星大气中，因此使得木卫一表面一氧化硅的发现显得格外引人注目，他们还希望能在火山喷出的气体中直接侦测到一氧化硅气体。相关研究成果发表在2004年5月份的《伊卡鲁斯》杂志中（行星科学的主要刊物）。

2004年，天文学家们研究发现，太阳系内（除太阳外）最炽热的星体并不是人们一贯认为的距离太阳最近的行星水星和金星，而是木星的卫星木卫一（木星最明亮的四颗卫星之一，400年前由伽利略最先发现）。

木卫一照片拼接图

当然，使得木卫一有如此之高的温度并不是太阳辐射的功劳，而是它内部剧烈火山活动的结果。在太阳系内部，再没有任何其它行星或卫星能与木卫一在火山数量上相媲美。

天文学家们首次发现木卫一上强烈的火山活动是在20多年前，当时美国的“旅行者”号星际探测器曾给木卫一拍摄了一系列照片。此后，在木星附近工作了约8年的“伽利略”号探测器还为这颗炽热的卫星进行了近距离拍照。正是以这些照片为依据科学家们确定了木卫一上有着非常剧烈的火山活动，其表面温度可达1610摄氏度。

来自圣路易斯华盛顿大学的研究人员对木卫一上的火山喷发进行的计算机模拟实验显示，木卫一火山爆发喷射出的熔岩能够将其表面的钠、钾、硅、铁等物质及其化合物熔化并蒸发到大气中。这些物质的气化物与火山岩气体（含亚硫化物及氯化物）发生反应便形成了木卫一大气特有的组成成份：钠和钾的氯化物以及镁和铁的二氯化物。

气态氯化钠在木卫一上已经找到，就条件来看，要找到气态氯化钾我们的探测器的灵敏度还需要加以改进。

尽管科学家们已经获取了有关木卫一的许多资料，但凭这些资料还远远不能让科学家们揭开木卫一神秘的面纱：这颗大小仅与月球相当的卫星如何保持如此之高的岩浆温度？如此高温的岩浆却为何熔化不了其周围的岩石？它的岩石圈（包括地壳和地幔上部）到底有多厚多坚固？如果它上面有山，其高度会不会赛过珠穆朗玛峰？当然，要解开这一系列的疑惑尚需要天文学家们持续不断的努力。

科学家研究发现太阳系最活跃的火山即将爆发，而火山爆发活动频繁的木卫在未来的某一天将可能休眠。

木星与木卫一

此前，离木星距离最近一颗大卫星木卫一已多次出现火山爆发活动，其表层被火山灰覆盖，其表面还有数十个活火山。而木卫一的大小和月亮差不多。科学家介绍称，木卫一表面火山运功频繁的原因是木星与其另外三个卫星引力的共同影响。因为木星与其卫星的引力引发了木卫一表面不同地区的引力变化，造成不同地区的拉伸和地壳变化。

这种引力的拉伸，造成木卫一表面每隔10米就会发生向上和向下的运动，因此引发了地壳的剧烈活动。法国巴黎天文台经过长时间的观测和研究，已经证实了这种火山频繁活动的原因。

科学家称，最让人震惊的是，如果这种运动过于激烈，将会使附近的卫星进入一个圆形轨道，而不是此前的椭圆形轨道，那么太阳系的规律将会发生重大变化。实际上，科学家结合1891年就开始对木卫一的观测数据，已经发现了这种细微的变化。加州大学的舒伯特教授认为，一旦木卫一处于休眠状态，那么木星的轨道也会发生变化，从而使得卫星的轨道发生变化。科学家们把相关的研究数据发表在了《自然》杂志上。

近红外波段上观测到释放出的巨大热量

2014年3月科学家发现木卫一喷出近300公里高喷流。

2014年8月7日，美国宇航局网站报道，在2013年8月份的两个星期时间内，木星4颗伽利略卫星之一的木卫一上连续发生了三次大规模的火山喷发事件。

McKinnon表示，这也许能解释为什么在高山旁常有最近喷发的岩浆。地壳深处的压力强度非常大，当裂缝延伸至地表，压力得到释放，整个断层的压力环境也随之改变，为岩浆喷发提供了通道。它还能解释木卫一上的一个不起眼的特征：高山与火山的反关联性。不仅是因为逐渐变重的岩浆使得地壳深处压力增强，也因为温度在逐渐升高。高温使岩石逐渐膨胀，但由于空间不足，又再次处于压缩环境之中。只要火山持续喷发，会带走热量，使得热应力变低，减少形成高山的可能性。但一旦喷发结束，地壳又重新变热，热应力增强，形成高山的可能性又增加了。

4、相关资料

木卫一的内部在亚瑟·克拉克的小说《2010太空漫游》（2010:OdysseyTwo,1984年作品）中，提及发现号太空船对木卫一进行观测，其船身被火山所喷出的硫磺所覆盖。

在电视连续剧《巴比伦五号》（Babylon5）中，木卫一是其殖民地之一。

在漫画机动战士海盗钢弹中，木卫一(作品中称为)是木星帝国的根据地的消息被泄漏给十字先驱者军，因此十字先驱者军决定向伊奥突击。