太阳系最大陨石坑易主，旅行者1号发现木卫三陨坑达7800公里

天文学家对旅行者1号、旅行者2号和伽利略号探测器图像数据进行了详细的重新分析，以研究在木星卫星木卫三上发现的古代构造槽的方向和分布。研究发现，木卫三这些凹槽几乎集中分布在卫星的整个表面。这种全球分布表明，这些凹槽实际上可能是覆盖木卫三一个巨大陨石坑的一部分。根据日本国家天文台(NAOJ)使用“PC群集”进行的计算机模拟结果：

推测这个巨大陨石坑可能是一颗半径为150公里的小行星撞击结果，如果是这样的话，该结构是迄今为止太阳系中发现影响最大的结构。欧洲航天局的CYUE(木星冰月探测器)任务将于2022年发射，2029年抵达木星系统，旨在增加我们对包括木卫三在内的木星卫星了解。希望这次探测能证实这项研究成果，进一步推进我们对木星卫星形成和演化的认识。

研究背景

研究小组由神户大学研究生院科学研究生院助理教授平田直幸和大津敬二教授，以及大岛学院国立技术研究所副教授Suetsugu Ryo组成，其研究发表在《Icarus》期刊上。旅行者1号和旅行者2号分别在1979年和1980年近距离接近木卫三，拍摄了木卫三表面的详细图像。此外，伽利略号航天器在1995年至2003年围绕木星运行，获得了大量木卫三图像数据。木卫三是太阳系中最大的卫星，比冥王星和水星都大。

包括木卫三在内的木星卫星形成和演化与木星系统的形成和演化密切相关，进而与太阳系的形成和演化也密切相关。因此，有各种正在进行和计划中的航天器任务来探索卫星系统，包括美国宇航局（NASA）正在进行的“朱诺号”任务，计划在2030年左右对木星卫星木卫二进行详细观测的欧罗巴快艇，以及上述的CYUE任务。这项研究的目的是证实木星卫星形成和演化的一个方面，并为这些航天器任务做出贡献。

研究小组重新分析了木卫三的图像数据，特别是，研究人员将重点放在木卫三沟槽上，这是被认为是卫星上最古老的地表特征构造槽。因此，研究小组假设，他们可以通过分析这些地质构造来重建木卫三的早期历史。木卫三的表面分为黑暗地形和明亮地形，黑暗的地形非常古老，有许多残存的陨石坑，以及凹槽的形成。明亮地形是相对较新的，几乎没有陨石坑。

研究成果

发现这两种类型的地形排列不连贯，随机分布在木卫三的整个区域。沟槽被认为是木卫三最古老的地质特征，因为它们只在黑暗的地形上发现，后来在它们的顶部形成了许多撞击坑。这项研究重新分析了这些沟槽在木卫三整个表面的分布，首次揭示了几乎所有这些沟槽都围绕着一个点同心排列。研究表明，这些沟槽在整个卫星上形成了巨大的同心圆环。

由此可以推测，在明亮地形区形成之前，木卫三的整个表面都覆盖着一个巨大的多环撞击坑。木星另一颗卫星卡利斯托的表面仍然有一个类似环形结构，被称为瓦尔哈拉陨石坑。到目前为止，瓦尔哈拉陨石坑一直是太阳系中已发现的最大多环陨石坑，半径约为1900公里。然而，木卫三上的多环陨石坑沿着卫星表面测量的径向范围达7800公里。研究进行了模拟，以估计形成这个巨大陨石坑的撞击规模。

模拟使用日本国家天文台(NAOJ)的“PC集群”进行，结果表明，一颗半径为150公里的小行星，以20公里/秒的速度撞击木卫三，就足以在卫星表面形成观测到的结构，这样的撞击大约发生在40亿年前。大范围撞击余波留在木卫三表面的发现，这对卫星的形成过程和演化意义重大。例如，木星卫星卡利斯托与木卫三的大小大致相同，但人们认为它的内部结构并不是由差异化的层组成。另一方面，木卫三被认为是由岩石、铁和冰组成的差异化的层状结构。

形成这些不同的层需要大量热量，有可能前面提到的大规模撞击可能是这种热量的来源。这项研究的发现，也将对计划在未来几十年进行的木卫三探索计划具有实质性意义。旅行者号和伽利略号任务的图像数据，只提供了卫星表面的部分视图。未来的探索能够通过对多环地层进行详细研究，以及是否有任何其他大规模撞击的遗迹来确认或检验这项研究结果，这能加深对木卫三和木星其他卫星起源和演化的理解。

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博科园｜研究/来自：神户大学

参考期刊《Icarus》

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