11 FEB 2025 11:15 AM ETBYSAHAS MEHRA在17世紀初期，伽利略·伽利萊將他自己製造的望遠鏡對準木星，發現了它的四顆最大衛星。

四個世紀後，科學家們仍在努力理解這些衛星是如何在數十億年前從圍繞著這顆年輕行星的一圈氣體、塵埃和冰中形成的。

現在，一個新的電腦模擬顯示，由那環繞行星圓盤（CPD）內層投射的陰影可能在較稀薄的外層區域創造了冷點，形成這些材料凝結成伽利萊所發現衛星所需的物理條件。

上個月發表於《行星科學》期刊的研究「代表了一大步」，朝向聯繫圓盤內部熱量分布與木星最大衛星形成的關係。

內華達大學拉斯維加斯分校的天文物理學家朱兆歡說。

維拉諾瓦大學的天文物理學家愛德華·基南補充說，這種陰影冷卻對圓盤的效果「以前還沒有如此詳細地進行過研究。

」木星至少有95顆衛星和更多的小型衛星。

為了探索陰影在其形成中的作用，艾antroine Schneeberger 和 Olivier Mousis，這兩位來自艾克斯馬賽大學的天文物理學家使用電腦建模了早已消失的木星CPD的二維模型，研究圓盤的橫截面及其與行星和圓盤中平面距離的結構。

他們計算出圓盤的幾個屬性，如密度、熱量結構和自我遮蔽能力，然後運行多個模擬來考察這些因素如何相互影響。

在該模型中，氣體、塵埃和冰構成的演變中的圓盤自然分為兩個不同的區域：一個厚且不透明的內層區域捕獲光線和熱量，以及一個較薄且透明的外層區域延伸到太空。

科學家考慮了諸如木星形成所需時間、與太陽的距離以及當時與周圍地區一致的CPD最低溫度等參數。

他們還根據先前的研究變更了氫和氦以外元素濃度，即金屬licity，並模擬結構在形成後300萬年內的演化過程。

值得注意的是，他們發現如果內層區域擴展到更高的高度，它會在圓盤的外層部分投下更長的陰影，使其免受新生行星散發的高達2000開爾文的熱量影響。

在模型中，這些陰影在圓盤上創造了冷點。

此外，隨著時間的推移，圓盤的金屬licity增加，內層區域變得更加不透明並捕獲更多的熱量。

這種加熱導致內區擴展到更高的高度，並在圓盤的外層部分投下更長的陰影。

研究人員還注意到，圓盤的溫度隨著與木星距離的增加並沒有穩定下降。

相反，陰影導致某些區域的溫度比鄰近地區低得多。

模擬顯示，在CPD形成後大約10萬年時，一個比周圍環境冷100開爾文的寒冷區域出現並持續了8萬年。

該區域在圓盤中延伸到距離木星半徑123.5倍的位置。

Schneeberger 和 Mousis 認為正是這些巨大的冷點為最大的衛星奠定了基礎。

在追蹤CPD中揮發性氣體的演化時，他們發現位於距離木星10個半徑或約629,000公里處的寒冷區域是氨、氫硫化物和二氧化碳等氣體凝結的地方。

研究人員推斷這些氣體凍結並變固態，後來成為形成像歐羅巴這樣的衛星的種子，而今天歐羅巴就位於這個預測的冷區軌道上。

如果這些冷陷阱確實對四顆伽利略衛星的形成有重大影響，那麼內側的衛星如伊歐和歐羅巴應該比外側的衛星如蓋尼米德和卡利斯托含有更多的揮發性氣體。

Schneeberger 和 Mousis 預期他們的衛星組成理論將由歐洲太空總署的JUICE任務和NASA的Europa Clipper任務進行測試，這些任務將分析木星及其衛星。

瓦薩學院天文物理學家安妮·迪克森-范德維爾德表示，這種深入建模「提供了很好的基礎」來理解伽利略衛星甚至行星的形成。

不過，她指出研究也有其局限性。

例如，如果衛星形成的過程比模型預測的更慢，那麼冷陰影「對它們的化學組成幾乎沒有影響」。

同樣地，顧炎指出年輕太陽活動的變化可能以模型無法考慮的方式影響木星CPD的演化。

作者承認這兩點。

Schneeberger 建議未來的研究應該包括研究行星的深層組成以了解其形成過程。

他表示他未來的研究可能會集中在盤面的化學組成上，尋找任何可以確定木星衛星形成的年代的痕跡。

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