第248章 拉普拉斯共振（1/2）

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华枫听到老师讲到木卫三可能由木星次星云即在木星形成之后环绕于其四周的、由气体和尘埃组成的圆盘的吸积作用所产生木卫三的吸积过程持续了大约1万年，相较暗的尼克尔森区和较亮的哈帕吉亚槽沟之间可谓泾渭分明。

较于木卫四的10万年短得多。当伽利略卫星开始形成之际，木星次星云中所含的气体成分已经相对较少；这导致了木卫四较长的吸积时间。相反，由于木卫三是紧接木星之后形成的，这时的次星云还比较浓密，所以其吸积作用所耗时间较短。

相对较短的形成时间使得吸积过程中产生的热量较少逃逸，这些未逃逸的热量导致了冰体的融化和木卫三内部结构的分化即岩石和冰体相互分开，岩石沉入星体中心形成内核。在这方面，木卫三与木卫四不同，后者由于其较长的形成时间而导致吸积热逃逸殆尽，从而无法在初期融化冰体以及分化内部结构。这一假说揭示了为何质量和构成物质如此接近的两颗卫星看起来却如此得不同。

在其形成之后，木卫三的内核还保存了大部分在吸积过程和分化过程中形成的热量，它只是缓慢的将少量热量释放至冰质地幔层中，就如同热电池的运作一般。接着，地幔又通过对流作用将热量传导至星体表面。不久岩石中蕴含的放射性元素开始衰变，产生的热量进一步加热了内核，从而加剧了其内部结构的分化，最终形成了一个铁硫化亚铁内核和一个硅酸盐地幔。至此，木卫三内部结构彻底分化。

与之相比较，未经内部结构分化的木卫四所产生的放射性热能只能导致其冰质内部的对流，这种对流有效地冷却了星体，并阻止了大规模的冰体融化和内部结构的快速分化，同时其最多只能引起冰体与岩石的部分分化。现今，木卫三的冷却过程仍十分缓慢。从起内核和硅酸盐地幔所释放出的热量使得木卫三上的地下海洋得以存在，同时只是缓慢冷却的流动的铁硫化亚铁内核仍在推动星体内的热对流，并维持着磁圈的存在。木卫三的对外热通量很可能高于木卫四。首发https:https:33

木卫三的轨道距离木星107万400千米，是伽利略卫星中距离木星第三近的，其公转周期为7天3小时。和大部分已知的木星卫星一样，木卫三也为木星所锁定，永远都以同一面面向木星，木卫一、木卫二和木卫三三者之间的拉普拉斯共振状态。

它的轨道离心率很小，轨道倾角也很小，接近于木星赤道，同时在数百年的周期里，轨道的离心率和倾角还会以周期函数的形式受到太阳和木星引力摄动的影响。变化范围分别为0000900022和005032°这种轨道的变化使得其转轴倾角在0033°之间变化。

木卫三和木卫二、木卫一保持着轨道共振关系即木卫三每公转一周，木卫二即公转两周、木卫一公转四周当木卫二位于近拱点、木卫一位于远拱点时，两者之间会出现上合现象；而当木卫二位于近拱点时，它和木卫三之间也会出现上合现象。

木卫一和木卫二，木卫三的上合位置会以相同速率移动，遂三者之间有可能出现三星合现象。这种复杂的轨道共振被称为拉普拉斯共振。现今的拉普拉斯共振并无法将木卫三的轨道离心率提升到一个更高的值。

00013的离心率值可能是早期残留下来的当时轨道离心率的提升是有可能的。但是木卫三的轨道离心率仍然让人困惑如果在现阶段其离心率值无法提升，则必然得表明在其内部的潮汐耗散作用下，它的离心率值正在逐渐损耗。

这意味着离心率值的最后一次损耗就发生在数亿年之前。由于现今木卫三轨道的离心率相对较低平均只有00015，所以现今木卫三的潮汐热也应该相应的十分微弱。但是在过去，木卫三可能已经经历过了一种或多种类拉普拉斯共振，从而使得其轨道离心率能达到001002的高值。

这可能在木卫三内部引起了显著的潮汐热效应；而这种多阶段的内部加热最终造成了现今木卫三表面的槽沟地形人们还无法确切知晓木卫一、木卫二和木卫三之间的拉普拉斯共振是如何形成的。现今存在两种假说一种认为这种状态在太阳系形成之初即已存在；另一种认为这种状态是在太阳系形成之后才发展出来的。

一种可能的形成过程如下首先是由于木星的潮汐效应，致使木卫一的轨道向外推移，直至某一点与木卫二发生2:1的轨道共振；之后其轨道继续向外推移，同时将部分的旋转力矩转移给木卫二，从而也引起了后者的轨道向外推移；这个过程持续进行直到木卫二到达某一点与木卫三形成2:1的轨道共振。最终三者之间的两对上合现象的位置移动速率保持一致形成拉普拉斯共振，

第一批是先驱者10号和先驱者11号，两者传回的关于木卫三的信息较少。之后旅行者1号和旅行者2号于1979年飞掠过木卫三。它们精确测定了它的大小，最终证明它的体积要大于土卫六，后者曾被认为大于前者。此外，这两艘飞船还发现了木卫三上的槽沟地形。

1995年，伽利略号进入环木星轨道。在1996年至2000年间，它共6次近距离飞掠过木卫三。这6次飞掠被命名为g1，g2，g7，g8，g28，g29。在最接近的一次飞掠g2中，伽利略号距离木卫三表面仅264千米。在1996年的g1飞掠中，它发现了木卫三的磁场。后来又发现了木卫三的地下海洋，并于2001年对外公布。

伽利略号传回了大量的光谱图像，并在木卫三表面发现了数种非冰化合物。前往近距离探测木卫三的探测器是新视野号，它于2007年在前往冥王星的途中飞掠过了木卫三，并在加速过程中拍摄了木卫三的地形图和构成图。

2009年2月，美国航空航天局和欧洲空间局确认该计划将优先于“土卫六土星计划”得以实施。木卫二木星计划”包括美国航空航天局主持的“木星木卫二轨道飞行器”和欧洲空间局主持的“木星木卫三轨道飞行器”，可能还包括日本宇宙航空研究开发机构主持的“木星磁场探测器”。