科学家在木星最内部的辐射带发现高能氧离子

它们被认为起源于木星的卫星木卫二上的火山爆发。在围绕木星进一步向内运行的Amalthea卫星的轨道附近，研究小组意外地发现了高能量的氧离子浓度，这不能用木卫二的火山活动来解释。一个以前未知的离子源一定在这里起作用。这项研究的结果今天发表在《科学进展》杂志上。

像地球、木星和土星这样拥有自己全球磁场的行星被所谓的辐射带所包围。被困在磁场中的快速移动的带电粒子，如电子、质子和更重的离子，在周围呼啸而过，从而形成看不见的、环形的辐射带。由于它们的高速度几乎达到光速，这些粒子在碰撞时可以电离其他分子，创造一个危险的环境，也可能对空间探测器及其仪器造成危险。在这方面，气态巨人木星是太阳系中最极端的辐射带。在这篇论文中，研究人员进行了迄今为止对木星内部辐射带中重离子的最全面研究。

与木星的巨大磁场一样，它的辐射带也延伸到了几百万公里的空间；然而，木卫二卫星轨道内的区域，即围绕这个气体巨行星的半径约为67万公里的区域，是高能粒子密度和速度最高的地方。从木星上看，欧罗巴是四颗大型的木卫星中的第二颗，以其17世纪的发现者命名为"伽利略卫星"。木卫一是最里面的伽利略卫星。随着20世纪70年代中期的太空探测器"先锋11号"、1995年至2003年的"伽利略号"以及目前的"朱诺号"，迄今已有三个太空任务冒险进入这些辐射带的最内部，并进行了本地测量。"不幸的是，来自先锋11号和朱诺号的数据并不能让我们毫无疑问地断定航天器在那里遇到了什么样的离子，只有现在重新发现的伽利略任务最后几个月的数据足够详细，可以改善这种情况。

美国宇航局的伽利略航天器于1995年到达木星系统。该任务配备了由加州理工学院贡献的重离子计数器（HIC）和由约翰霍普金斯应用物理实验室与MPS合作开发和建造的高能粒子探测器（EPD），在接下来的八年里，该任务对这个气体巨头周围带电粒子的分布和动态进行了基本的了解。然而，为了保护航天器，它最初只飞过辐射带的外围、不太极端的区域。只是在2003年，在任务结束前不久，当更大的风险被证明是合理的时候，伽利略才冒险进入阿玛西亚和西伯卫星轨道内的最内部区域。从木星上看，Amalthea和Thebe是这颗巨行星的第三和第四颗卫星。木卫二和欧罗巴的轨道位于更远的外面。

在这个科学宝藏的帮助下，目前研究的作者现在已经能够首次确定内部辐射带内的离子组成，以及离子的速度和空间分布。与以质子为主的地球和土星的辐射带相比，木卫二轨道内的区域也包含大量更重的氧和硫离子，其中氧离子占主导地位，木卫二轨道外的重离子的能量分布表明，它们主要是从辐射带的一个更遥远的区域引入的。卫星木卫二有400多座活火山，它们反复向太空投掷大量的硫磺和二氧化硫，可能是主要来源。

再往里走，在木卫二的轨道内，离子组成发生了急剧的变化，有利于氧气。那里的氧离子的浓度和能量比预期的要高得多。实际上，这个区域的浓度应该是下降的，因为阿玛西亚和西伯的卫星会吸收进入的离子，因此这两个小卫星的轨道形成了一种天然的离子屏障。对氧离子浓度增加的唯一解释是在辐射带的最内部区域有另一个局部来源。正如研究人员的计算机模拟所显示的那样，硫离子与木星环的细小灰尘颗粒碰撞后释放的氧气构成了一种可能性。