木卫一的新望远镜图像令人叹为观止，仿佛出自太空船之手

位于亚利桑那州格雷厄姆山上的大型双筒望远镜（LBT），由亚利桑那大学运营，是下一代极大型望远镜（ELTs）的佼佼者。该望远镜配备两个直径为8.4米（约27.5英尺）的主镜，其收集面积略大于30米（98.4英尺）望远镜的收集面积。凭借其卓越的分辨率、自适应光学技术和先进的仪器，LBT预计将进一步深化我们对宇宙的探索，并为我们带来从遥远星系到太阳系物体的震撼图像。

最近，由亚利桑那大学领导的国际团队成功捕获了木卫一的图像，这是地面望远镜所能拍摄到的最高分辨率照片。这些图像展现的表面特征直径仅为80公里（50英里），这一空间分辨率之前只有航天器才能达到，例如NASA的朱诺任务，它拍摄了木卫一火山的一些最为壮观的照片。此次的成功拍摄得益于LBT的新型SHARK-VIS仪器和望远镜的自适应光学系统。

该团队由亚利桑那大学天文学系、斯图尔特天文台和大型双筒望远镜观测站（LBTO）的副研究员阿尔·康拉德（Al Conrad）领导，并与加州大学伯克利分校、加州理工学院和NASA喷气推进实验室的研究人员紧密合作。他们的研究成果“利用LBT SHARK-VIS的地基自适应光学可见波段观测木卫一喷发沉积物的重新表面塑造（GRL）”以及LBT图像将发表在《地球物理研究通讯》上。

大型双筒望远镜，显示两个成像镜。图片来源：NASA

SHARK-VIS是一种高对比度光学冠状成像仪，由罗马天文台INAF-Osservatorio Astronomico di Roma设计和建造。该仪器由LBT的极低噪声自适应光学系统（称为LBT SOUL）提供动力。它于2023年与近红外仪器SHARK-NIR一同安装在LBT上，以充分利用望远镜的先进自适应光学系统。该仪器的核心在于其快速的超低噪声“快速成像”相机，能够捕捉到因大气干扰引起的光学畸变的慢动作画面。

意大利国家天文物理研究所的SHARK-VIS数据处理经理吉安卢卡·利考西（Gianluca Li Causi）在最近的亚利桑那大学新闻发布会上解释了其工作原理：“我们在计算机上处理数据，消除传感器的任何电子痕迹。然后我们选择最佳帧，并使用我们的同事道格拉斯·霍普（Douglas Hope）和斯图尔特·杰弗里斯（Stuart Jefferies）开发的高效软件包Kraken将它们结合起来。Kraken使我们能够消除大气效应，展现出令人难以置信的木卫一图像的清晰度。”

SHARK-VIS的图像细节丰富，使研究人员能够确定木卫一南半球赤道附近最大的火山之一佩勒周围的一次重要表面塑造事件。该图像展示了佩勒周围的一层来自附近火山皮兰帕特拉的喷发沉积物。NASA的伽利略号航天器在1995年至2003年探索木星系统期间曾观察到类似的喷发序列。然而，这是地基天文台首次拍摄到如此详细的图像。

艺术家对木卫一内部的概念。图片来源：Kelvinsong/Wikimedia

“我们将这些变化解释为来自皮兰帕特拉喷发的黑色熔岩沉积物和白色二氧化硫沉积物，它们部分覆盖了佩勒的红色富硫喷发沉积物，”合著者、NASA喷气推进实验室的首席科学家指出，“这样的表面塑造事件，从地球上是无法观察到的。”木卫一是木星最大的卫星（也被称为伽利略卫星），与其他卫星如欧罗巴、伽尼米德和卡利斯托一同环绕木星运行。自NASA的旅行者1号航天器在1979年飞越木星系统以来，科学家们对木卫一及其火山特征一直保持着浓厚的兴趣。

木卫一与欧罗巴和伽尼米德处于1:2:4的轨道共振中，即欧罗巴每绕伽尼米德绕行两次，木卫一则绕行四次。在与这些卫星以及木星强大引力的相互作用下，木卫一的内部不断弯曲，产生从地表喷发出来的熔岩。尽管望远镜已经拍摄到了由喷发引起的热点的红外图像，但它们并不足够清晰，无法显示表面细节或确定喷发的位置。通过监测木卫一表面的喷发，科学家们希望能够深入了解导致木卫一强烈火山活动的潮汐加热机制。

“因此，木卫一为我们提供了一个独特的机会，去了解那些曾在遥远过去塑造了地球和月球表面的强大喷发，”康拉德表示。他补充说，这样的研究将有助于研究人员理解为什么一些行星拥有活跃的火山，而其他行星则没有。例如，尽管人们认为金星仍有火山活动，但火星作为太阳系中最大的火山所在地，却已不再活跃。这些研究还可能有助于将来在火山行星上发现地质活动，帮助天文学家确定遥远行星上的地质活动（可能是适居性的一个指标）。

SHARK-VIS仪器科学家西蒙娜·安东尼乌奇（Simone Antoniucci）预计，该仪器将以类似的清晰度进行新的太阳系观测，揭示出各种需要航天器才能观测到的天体特征。“SHARK-VIS的敏锐视觉特别适用于观察太阳系中许多天体的表面，不仅限于巨大行星的卫星，还包括小行星，”西蒙娜·安东尼乌奇进一步解释道，“我们已经对其中一些天体进行了观测，并正在对数据进行分析，未来还计划进行更多观测。”

SHARK-VIS的出色性能预示着地面望远镜在太阳系研究中的新篇章。通过捕捉前所未有的细节，科学家们能够更深入地研究这些遥远世界的地质活动、气候模式和演化历史。这对于理解行星多样性和寻找太阳系外可能存在的生命迹象至关重要。

此外，随着技术的不断进步和望远镜的升级，地面望远镜在未来有望挑战航天器在太阳系探索方面的某些优势。虽然航天器能够直接飞越目标天体，获取更为详细和全面的数据，但地面望远镜则具有成本效益高、观测周期长等优势。结合两者，我们有望构建一个更加全面和深入的太阳系探索网络。

展望未来，随着更多先进仪器的开发和安装，LBT等地面望远镜将继续为我们带来令人振奋的发现和突破。我们期待着这些成果能够进一步推动天文学和行星科学的发展，让我们对宇宙和太阳系的理解更加深入和全面。