簡介

物理特性

與不少外太陽系的衛(wèi)星不同，木衛(wèi)一與類地行星有不少相似的地方，其表層由硅酸鹽熔巖所構(gòu)成，根據(jù)伽利略號所觀測的數(shù)據(jù)中，它的內(nèi)核可能由硫化鐵所組成，其半徑估計(jì)最少有900公里。

人們以前一直認(rèn)為，木衛(wèi)一表面定擁有不少環(huán)形山。可是從旅行者1號于1979年傳回地球的照片中，木衛(wèi)一表面的環(huán)形山并不多，并非如人們所想，這是因?yàn)槠浠鹕交顒?dòng)使它的地形不斷改變。于是，人們便把它不斷更新的表面看成是“年輕”的，因?yàn)檫@些地形是新近形成；相反，月球表面滿布隕石坑，并保留了數(shù)十億年，人們便把月球的表面看成是“年老”的。

除了火山外，木衛(wèi)一其他的景觀，僅有一些普通的山脈、溶化硫湖泊、深度達(dá)數(shù)百公里的破火山口，以及長達(dá)數(shù)百公里的低黏度液體在流動(dòng)，可能是液態(tài)硫或是硅酸鹽。此外，木衛(wèi)一的硫磺及其化合物擁有多種不同的顏色，形成了它獨(dú)特多變的外觀。

科學(xué)家從兩艘旅行者號傳回的多張照片作出分析，相信木衛(wèi)一表面的熔巖流，主要由融化了的硫化物所組成。但是從地面的紅外線研究結(jié)果中，測得木衛(wèi)一熱點(diǎn)的溫度可高達(dá)2000K，比硫的沸點(diǎn)還要高出1300K，因此有指這些熔巖不太可能是硫，木衛(wèi)一的整體平均溫度為130K，比熱點(diǎn)溫度低得多，而最新的理論也指出那些熔巖流是由硅酸鹽組成。根據(jù)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果，這些物質(zhì)可能富含金屬元素鈉，在不同地方也可能含有不同的物質(zhì)。

木衛(wèi)一大氣層極端稀薄，只有地球大氣壓力的十億分之一，主要的成分是二氧化硫，氯化鈉、一氧化硫及氧也有少許。

其他伽利略衛(wèi)星均擁有固態(tài)水，木衛(wèi)一所含的水卻極少，人們認(rèn)為是早期的木星溫度很高，其熱力可以蒸發(fā)木衛(wèi)一上的水，但其他大型衛(wèi)星的水則不足以蒸發(fā)。

它所有活動(dòng)所需要的能量可能來自于它與木衛(wèi)二、木衛(wèi)三及木星之間的交互引潮力。這三顆衛(wèi)星的共動(dòng)關(guān)系固定，木衛(wèi)一的公轉(zhuǎn)周期是木衛(wèi)二的一半，后者是木衛(wèi)三的一半。雖然木衛(wèi)一就像地球的衛(wèi)星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由于木衛(wèi)二與木衛(wèi)三的作用使它有一點(diǎn)點(diǎn)不穩(wěn)定。它使木衛(wèi)一扭動(dòng)、彎曲，大約有100米長，并在復(fù)原扭曲的循環(huán)中產(chǎn)生能量。

木衛(wèi)一同樣切割木星的磁場線，生成電流。對于引潮力而言由此產(chǎn)生的能量不多，但電流的功率仍有1兆瓦特。它也剝?nèi)チ艘恍┠拘l(wèi)一的物質(zhì)，并在木星周圍產(chǎn)生強(qiáng)烈的凸起狀輻射。在凸出面中脫離的粒子部分地造成了木星的巨大磁層。

物理特征

大?。?3,660.0 × 3,637.4 × 3,630.6 km

赤道表面引力： 1.796 m/s2(0.183 g)

宇宙速度： 2.558 km/s

自轉(zhuǎn)周期： 同步的

赤道旋轉(zhuǎn)速率： 271 km/h

反照率： 0.63 ± 0.02

表面溫度：平均 130K ；最大 2000 K

星等： 5.02 (沖)

軌道資料

近拱點(diǎn)： 420,000 km (0.002 807 AU)

遠(yuǎn)拱點(diǎn)： 423,400 km (0.002 830 AU)

平均軌道半徑： 421,700 km (0.002 819 AU)

軌道離心率： 0.0041

軌道周期： 1.769 137 786 d (152 853.504 7 s, 42 h)

平均公轉(zhuǎn)速度： 17.334 km/s

軌道傾角： 2.21° （對黃道）

0.05°（對木星的赤道）

衛(wèi)星所屬星球： 木星

結(jié)構(gòu)

艾奧比地球的衛(wèi)星月球略大一些，它的平均半徑是1,821.3公里（比月球大約5%），質(zhì)量是8.9319×10公斤（大約比月球多21%）。它的形狀略為橢球，而它最長的軸是指向木星的。在伽利略衛(wèi)星中，艾奧的質(zhì)量和體積都比蓋尼米德和卡里斯托小，但比歐羅巴大。

內(nèi)部

主要由硅酸鹽巖石和鐵組成，艾奧在外太陽系的衛(wèi)星中比其他的衛(wèi)星都更接近類地行星的結(jié)構(gòu)主體，其它的主要由碎冰和硅酸鹽混合組成。艾奧的密度為3.5275g/cm是太陽系的衛(wèi)星中密度最高的；明顯的比其他的伽利略衛(wèi)星高，也比地球的月球要高。根據(jù)旅行者號和伽利略號測量的衛(wèi)星質(zhì)量、半徑和四極引力系數(shù)（關(guān)于質(zhì)量在內(nèi)部如何分布的數(shù)值）建立的模型，建議它的內(nèi)部和外部之間是有所不同的，富含硅酸鹽的外殼和內(nèi)部的地幔，鐵或硫化鐵－富含在核心，金屬核心的質(zhì)量大約占了艾奧質(zhì)量的20%。依據(jù)核心中硫的含量，如果完全由鐵組成，核心的半徑在350至650公里（220至400英里）之間；如果由鐵和硫混和組成，核心的半徑則在550至900公里（310至560英里）。伽利略號的磁強(qiáng)計(jì)沒有測出艾奧內(nèi)部的磁場，所以認(rèn)為核心沒有對流。

模型也建議艾奧內(nèi)部的組成，地幔至少有75%由富含鎂的礦物橄欖石組成，并且有大量類似于L球粒隕石和LL球粒隕石的隕石，并且有更高的鐵含量（相較于地球的衛(wèi)星月球的硅，但仍比火星低）要維持在艾奧上觀察到的熱流，10-20%的地幔也許是溶解的，但觀察到高溫的火山作用地區(qū)，也許有更高的被熔解比例。由于廣泛的火山作用，艾奧的巖石圈主要由硫磺和玄武巖組成，它的厚度至少有12公里（7英里），但不會(huì)超過40公里（25英里）。

潮汐加熱

不同于地球和月球，艾奧內(nèi)部的熱源主要來自潮汐散逸而不是放射性同位素的衰變，這是艾奧的軌道與歐羅巴和蓋尼米德共振的結(jié)果。這樣的熱化與木星和艾奧的距離、軌道的離心率、它的內(nèi)部構(gòu)造和物理狀態(tài)有關(guān)。它和歐羅巴與蓋尼米德的拉普拉斯共振，維系了艾奧的離心率并且防止了它因潮汐散逸而使軌道變圓。軌道共振也幫助艾奧維持到木星的距離，否則木星涌起的潮汐將導(dǎo)致艾奧的軌道成螺旋形的逐漸由外向內(nèi)的朝母行星接近。艾奧的潮汐隆起在軌道上的近木點(diǎn)和遠(yuǎn)木點(diǎn)的時(shí)刻之間有著100米（330英尺）的垂直變化。由于這種潮汐拉扯在艾奧的內(nèi)部產(chǎn)生了摩擦或是潮汐散逸，如果沒有軌道共振，這些將使得艾奧的軌道變得更圓；在艾奧的內(nèi)部創(chuàng)造更大的潮汐加熱，使這顆衛(wèi)星內(nèi)部更多的地幔和核心被熔化。如此產(chǎn)生的能量大于放射性衰變的200倍，這些熱量以火山活動(dòng)的形式被釋放出來，造成在觀測上看見的高熱流（全球總量：0.6至1.6×10瓦）。它的軌道模型認(rèn)為艾奧內(nèi)部的潮汐加熱會(huì)隨著時(shí)間而改變，并且目前的熱流也不是長時(shí)間平均的代表。

表面

基于他們對月球、火星和水星等古老表面的經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)家預(yù)期在旅行者1號傳回的第地一張艾奧的影像上將看見許多的撞擊坑。橫跨在表面的撞擊坑密度可以提供艾奧的年齡，但是，他們很驚訝的發(fā)現(xiàn)在表面幾乎全無撞擊坑，取而代之的是光滑的平原，和在表面有著各式各樣大小的火山口和火山的熔巖流。與是各地地被觀測過的點(diǎn)來比較，艾奧的表面有著五顏六色的來自不同的硫磺組成的材料（比較起來艾奧的前導(dǎo)半球有著腐敗的橘子或是披薩的顏色）。缺乏撞擊坑表示艾奧的表面是很年輕的，像是地球的表面；火山口被它們制造的連綿不絕的火山物質(zhì)掩埋掉。在旅行者1號短暫的觀察下，證實(shí)了這個(gè)壯觀的情景，至少有9座活火山存在著。

表面的成分

艾奧五顏六色的表面是它廣泛的火山作用導(dǎo)致各種各樣材料的結(jié)果，這些材料包含硅酸鹽（例如直輝石類）、硫磺和二氧化硫二氧化硫的霜橫跨并普遍的存在于艾奧表面，形成白色或灰色材料組成的廣大區(qū)域。散布在中緯度和極區(qū)的硫磺，經(jīng)常受到輻射的破壞，造成穩(wěn)定的8鏈硫磺被破壞。這種輻射的破壞使得艾奧的極區(qū)呈現(xiàn)紅褐色。

爆發(fā)的火山，經(jīng)常產(chǎn)生傘形的流束，將表面涂裝上硫磺和硅酸鹽的材料。流束在艾奧表面的沉積物會(huì)依據(jù)流束內(nèi)硫磺和二氧化硫數(shù)量的不同而呈現(xiàn)白色或紅色。通常，從包含大量S2的火山形成的流束，會(huì)導(dǎo)致紅色的扇形沉積，或是在極端的例子中，形成大的（高度達(dá)到450公里（280英里）的主要事例中）紅色環(huán)。一個(gè)流束形成紅色圓環(huán)沉積的明顯例子是裴蕾火山，這個(gè)紅色的沉積主要是硫磺（通常是3或4鏈的硫磺分子）、二氧化硫、或者還有Cl2SO2。形成在硅酸鹽熔巖邊緣的流束（通過熔巖和先前已經(jīng)沉積的硫磺和二氧化硫）會(huì)造成灰色或白色的沉積。

由艾奧的結(jié)構(gòu)圖和高密度，認(rèn)為艾奧沒有或是只有少量的水，雖然偵測到含冰屑或含水礦物的小礦穴，最著名的是在季禧霸山（Gish Bar Mons）的西北側(cè)。水的缺乏可以歸咎于木星在早期有足夠的熱，在太陽系的演化過程中將在艾奧附近的揮發(fā)性物質(zhì)，像水，都蒸發(fā)掉了，但熱不足以影響更遠(yuǎn)處的地方。

火山作用

由艾奧的軌道離心率引發(fā)的潮汐熱迫使這顆衛(wèi)星成為太陽系中火山最活躍的天體，有數(shù)百座火山中心和四處流竄的熔巖流。當(dāng)發(fā)生主要的噴發(fā)時(shí)，主要成分是玄武巖的硅酸鹽與富含鐵鎂質(zhì)或超鐵鎂質(zhì)巖石的熔巖流長度十倍于平時(shí)，可以長達(dá)數(shù)百公里。做為這些活動(dòng)的副產(chǎn)品，硫磺、二氧化流和硅酸鹽碎屑等物質(zhì)（像是灰燼），可以被吹送到500公里（310英里）的高空中，形成巨大的扇形流束，為周圍的地型提供了紅色、黑色和白色等采繪的材料，并且提供了廣泛的材料補(bǔ)充艾奧大氣層和木星廣大磁層的物質(zhì)。

艾奧的表面有許多由沉積物構(gòu)成，被稱為火山口的點(diǎn)，火山口一般都有高聳的墻壁和一定數(shù)量的平坦表面。這些特征類似地球上的破火山口；如果他們是如同地球上的表兄弟一樣，是經(jīng)由崩塌導(dǎo)致一些熔巖管的形成，但這些仍都是未知的。有一種假說認(rèn)為這些特點(diǎn)可已經(jīng)由發(fā)掘火山形成的巖層，和被疊加進(jìn)入或排除在巖層上的材料來鑒識。不同于地球和火星的特征，這些沉積物沒有在盾狀火山中心的尖峰，并且更為巨大，它們的平均直徑是41公里（25英里），最大的洛基火山口直徑達(dá)到202公里（126英里）。無論形成的機(jī)制是如何，許多火山口的型態(tài)學(xué)和分布狀態(tài)建議這些特征是受到結(jié)構(gòu)上的控制，或者至少有一半與山或斷層有關(guān)。這些特征通常是火山爆發(fā)的特征，可能是熔巖流橫越過火山口內(nèi)的平原，像是2001年季禧霸山的噴發(fā)，或是熔巖湖的形成。在艾奧的熔巖湖有一個(gè)會(huì)持續(xù)翻轉(zhuǎn)的熔巖外殼，像是裴蕾火山，或是有著翻轉(zhuǎn)情節(jié)的外殼，像是洛基火山口。

熔巖流代表艾奧另一種的主要火山地形。巖漿從火山口表面的出氣孔或裂縫噴發(fā)出來，產(chǎn)生膨脹，形成的熔巖流類似地球上在夏威夷的啟勞亞火山。來自伽利略號的影像顯示艾奧許多的主要熔巖流，像是普羅米修斯火山和阿米拉尼火山，是在舊的熔巖流上產(chǎn)生小的斷裂處上方產(chǎn)生新熔巖流的堆積。在艾奧上也觀察到夠大的熔巖噴發(fā)，例如，從1979年旅行者號到1996年伽利略號的第一次觀測，普羅米修斯前緣的熔巖就流動(dòng)了75至95公里（47至59英里）。在1997年的一次主要噴發(fā)，產(chǎn)生了超過3,500公里（1,350英里）長的新鮮熔巖流，并且充斥在鄰近的Pillan火山口。

新視野號的五張連續(xù)影像顯示艾奧的特瓦史塔火山口噴出的物體高出表面達(dá)330公里。

科學(xué)家分析旅行者的影像后，相信這些流體主要由熔解的各種各樣的硫磺化合物組成。但是隨后地基天文臺(tái)和伽利略號的觀測卻顯示這些流體是由玄武巖與鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)構(gòu)成的。這樣的假說是依據(jù)對艾奧的"熱點(diǎn)"進(jìn)行溫度測量，或是熱輻射位置的結(jié)果，這些結(jié)果建議的溫度至少高達(dá)1,300K，更有高達(dá)1,600K的點(diǎn)，估計(jì)原始的噴發(fā)溫度可以達(dá)到2,000K，但是因?yàn)楫?dāng)初使用錯(cuò)誤的溫度模型將溫度塑造的過高，之后已經(jīng)證實(shí)溫度被高估了。

在裴蕾火山和洛基火山口發(fā)現(xiàn)流束是證實(shí)艾奧有活躍的地質(zhì)活動(dòng)的一個(gè)標(biāo)志。通常，這些流束是硫磺和二氧化硫以每秒1公里（0.6英里）的速度從火山噴發(fā)出來所形成的，在流束中可以發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)還包括鈉、鉀和氯。這些流束看起來是由下面二種方法中的一種形成的。艾奧的流束最大的時(shí)候是當(dāng)被熔化的巖漿從火山口或熔巖湖噴出硫磺和二氧化硫的時(shí)候，并經(jīng)常會(huì)扯泄出硅酸鹽的火山碎屑，這些流束會(huì)在表面形成紅色（短鏈的硫磺）和黑色（硅酸鹽火成巖的碎屑）的沉積物。這些流束在艾奧表面被觀察到最大的是直徑達(dá)到1,000公里（620英里）的紅色環(huán)狀沉積，例如裴蕾火山、特瓦史塔火山口和Dazhbog火山口，都是由者種形式的流束造成的。另一種形式流束造成的是當(dāng)熔巖流將底部的二氧化硫霜?dú)饣?，將硫磺送上空中。照種形式的流束經(jīng)常形成明亮的圓形二氧化硫沉積。這種形式的流束高度通常低于100公里（62英里），并且流束可以維持很長的壽命，像是普羅米修斯火山、阿米拉尼、和產(chǎn)靈火山。

山脈

艾奧表面有100至150座山峰，平均高度為6公里，最高的一座是位于南極的Bo?saule Montes，高達(dá)17.5±1.5公里。山峰通常都很巨大，平均長度是157公里，被隔絕的結(jié)構(gòu)看起來沒有全球性的構(gòu)造模式，跟地球上的山峰一樣。艾奧必須要有硅酸鹽巖石構(gòu)成的地殼，才能支撐這些巨大的山峰，相較之下硫磺構(gòu)成的地殼就不可能產(chǎn)生。

盡管艾奧廣泛的火山作用呈現(xiàn)出許多的特征，幾乎所有的山都有來自地殼運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。艾奧多數(shù)的山峰并非由火山所造成，反而是由巖石圈受到壓縮應(yīng)力的結(jié)果而形成，這些是經(jīng)由艾奧外殼經(jīng)常性的掀動(dòng)和逆斷層提高的。導(dǎo)致山峰形成的壓縮應(yīng)力是來自火山沉積的物質(zhì)不斷被埋葬的結(jié)果。全球性的山脈分布看起來是與火山結(jié)構(gòu)相對稱的；山峰分布區(qū)域只有少許的火山存在，反之亦然。這建議大尺度區(qū)域的巖石圈結(jié)構(gòu)何處被壓縮（支持山的形成）和擴(kuò)張（支持火山口的形成）所掌控。區(qū)域性的，然而山和火山口經(jīng)常緊靠在一起，則是當(dāng)山在形成并到達(dá)表面時(shí)曾經(jīng)有斷層形成，而造成巖漿的侵蝕。

在艾奧上的山峰（通常是周圍的平原上升的結(jié)構(gòu)）有各種各樣的型態(tài)。高原是最普通的，這種結(jié)構(gòu)相似大、頂部平坦的方山與堅(jiān)固的表面。其它的山看起來是被掀動(dòng)的地殼，有著平緩斜坡的，是舊有的表面形成的；包括表層物質(zhì)的陡坡，是下層物質(zhì)受到壓縮應(yīng)力抬昇的結(jié)果。這兩種山經(jīng)常都有陡峭的陡坡形成一個(gè)或多個(gè)的邊緣。在艾奧上只有幾座山的源頭看起來是火山，這些山類似盾狀火山，坡度是平緩的（6–7°），中心有一個(gè)小的破火山口和沿著附近的淺傾斜邊緣。這些火山通常都比艾奧的山的平均大小為小，平均只有1至2公里（0.6至1.2英里）的高度，和40至60公里（25至37英里）寬。其它還有幾個(gè)傾斜度更平緩的盾狀火山，因?yàn)橛腥蹘r流成輻射狀的從中央輻射而出，才從型態(tài)學(xué)上推斷是艾奧上的火山，像是拉火山結(jié)構(gòu)。

幾乎所有的山看起來都在退化的階段上，大形的山崩沉積是艾奧上的山的地基共同的現(xiàn)象，因此崩壞作用被建議是退化的主要形式。在艾奧的方山和高原共同的特征是扇貝狀的邊緣，這是二氧化硫從艾奧的地殼滲透，導(dǎo)致山的邊緣區(qū)域弱化的結(jié)果。

極光在艾奧的上層大氣發(fā)光，不同的顏色來自大氣中不同的成分（綠色來自鈉原子，紅色來自氧原子，藍(lán)色來自火山的氣體，像是二氧化硫）。影像是在艾奧食攝影的。

大氣層

艾奧的大氣層極端稀薄，只有地球大氣壓力的十億分之一，主要的成分是二氧化硫，氯化鈉、一氧化硫及氧也有少許。稀薄的艾奧大氣意味著未來以任何方式著陸艾奧的探測器都不需要安裝隔熱板來保護(hù)儀器，但是需要反推進(jìn)火箭來進(jìn)行軟登陸。稀薄的大氣也使得登陸的設(shè)備必需堅(jiān)固得足以抗拒木星強(qiáng)烈的輻射，這些輻射也使稀薄的大氣變得濃稠。

同樣的輻射（以等離子體的形式存在）也將大氣剝離，所以必須經(jīng)常補(bǔ)充大氣。二氧化硫最引人注目的來源是火山作用，但是大氣層受到陽光持續(xù)的照射也會(huì)使凍結(jié)的二氧化硫升華。大氣層主要被限制在赤道，因?yàn)樵撎幨亲顪嘏模夷軌蛐纬闪魇幕钴S火山多數(shù)也在赤道上。其它的變化也會(huì)存在，以在火山口附近的密度最高（特別是有流束的火山口），還有艾奧的反木下點(diǎn)（艾奧上距離木星最遠(yuǎn)的一點(diǎn)，那兒的二氧化硫霜的數(shù)量最豐富）。

衛(wèi)星拍攝的高解析影像顯示，天文學(xué)家在衛(wèi)星食的時(shí)候可以觀察到類似輝光的極光。這種現(xiàn)象是來自于輻射與大氣層的作用，如同地球的極光。極光通常出現(xiàn)在行星的磁極附近，但是艾奧最明亮極光卻位在赤道區(qū)域。艾奧本身沒有磁場，因此，電子沿著木星的磁場接近艾奧并直接撞擊到衛(wèi)星的大氣層。越多的電子撞擊大氣層，極光就越明亮，而磁力線是與衛(wèi)星正切的（也就是說接近赤道），因此在那兒經(jīng)過的氣柱會(huì)最長。極光與艾奧上的正切點(diǎn)的結(jié)合被觀察到的"晃動(dòng)"指出木星的傾斜磁偶極場變化方向。

觀測歷史

艾奧的第一份觀測報(bào)告是伽利略在1610年1月7日提出的。艾奧和木星其它伽利略衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在伽利略

艾奧衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)者伽利略

艾奧衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)者伽利略

于的1610年3月出版的星界報(bào)告。西門馬里烏斯于1614出版的馬里烏斯木星報(bào)中聲稱，他于1609年就發(fā)現(xiàn)了艾奧和木星的其它衛(wèi)星，比伽利略早了一個(gè)星期。伽利略質(zhì)疑這個(gè)聲明，并且反駁馬里烏斯剽竊、抄襲他的成就。因?yàn)橘だ栽隈R里烏斯之前就發(fā)布了他的發(fā)現(xiàn)，而且相信馬里烏斯也知道這件事。

在后來的兩個(gè)半世紀(jì)，艾奧仍未被解析過，在天文學(xué)家的望遠(yuǎn)鏡中仍然只是一個(gè)亮度5等的光點(diǎn)。在17世紀(jì)，艾奧和其他的伽利略衛(wèi)星為各種各樣的目的服務(wù)，像是協(xié)助船員們進(jìn)行經(jīng)度的測量，驗(yàn)證開普勒的行星運(yùn)動(dòng)第三定律，和測量光線在旅行在木星和地球之間的時(shí)間。以卡西尼等人建立的星歷表為基礎(chǔ)，拉普拉斯創(chuàng)造了一種數(shù)學(xué)的理論來解釋艾奧、歐羅巴、和蓋尼米得的軌道共振。這種共振在日后發(fā)現(xiàn)對這三顆衛(wèi)星的地質(zhì)有深遠(yuǎn)的影響。

望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的改進(jìn)，使19世紀(jì)末20世紀(jì)初的天文學(xué)家有能力在解析（能看得見）出在艾奧上大區(qū)域的表面特點(diǎn)。在1890年代，巴納德首先觀察到艾奧的赤道和極區(qū)之間在光度上的變化，正確的測量出這兩個(gè)地區(qū)的光度變化是來自顏色和反照率的不同，而不是因?yàn)榘瑠W呈現(xiàn)卵型，一如威廉·皮克林和他的同伴所主張的，而不是巴納德最初所主張的是兩個(gè)不同的天體。之后的望遠(yuǎn)鏡觀測證實(shí)了艾奧很明確的在極區(qū)是紅棕色的，而赤道帶是黃白色的。

在20世紀(jì)中期的望遠(yuǎn)鏡觀測開始注意到艾奧異常的本質(zhì)。分光鏡的觀測建議艾奧的表面沒有水冰（在其它的伽利略衛(wèi)星上被發(fā)現(xiàn)含量豐富的物質(zhì)）；同樣的觀測亦表面主要的成分是鈉鹽和硫磺。電波望遠(yuǎn)鏡的觀測揭露了艾奧對木星的磁層有所影響，如被觀察到的十米的波長爆發(fā)與艾奧的軌道周期有關(guān)。

先驅(qū)者號

通過艾奧附近的第一艘航天器是先驅(qū)者10號和先驅(qū)者11號這一對孿生的航天器，分別在1973年12月3日和1974年12月2日 [11]  以無線電追蹤提供了艾奧質(zhì)量的改善估計(jì)值、與艾奧尺寸的最佳值。認(rèn)為艾奧是四顆伽利略衛(wèi)星中密度最高的，主要是由硅酸鹽的巖石組成，而不是水冰組成的。先驅(qū)者號也揭露艾奧有稀薄的大氣層，軌道附近有強(qiáng)烈的輻射傳送帶。先驅(qū)者11號的照相機(jī)獲得的唯一一張好的照片，顯示了艾奧的北極地區(qū)。先驅(qū)者10號原先計(jì)劃在近距離的接近艾奧時(shí)拍攝照片，但是這項(xiàng)觀測因?yàn)楦咻椛涞沫h(huán)境而失敗了。

旅行者號

當(dāng)另一對航天器旅行者1號和旅行者2號在1979年掠過艾奧，它們更為先進(jìn)的影像系統(tǒng)可以獲得更好的影像。旅行者1號在1979年3月5日從20,600公里飛掠過這顆衛(wèi)星，它傳回在接近的影像顯露很奇怪、多彩多姿卻沒有撞擊坑的。分辨率最高的影像顯示出相對年輕的表面點(diǎn)綴著其形怪狀的凹坑，山比艾佛勒斯峰還要高，還有類似熔巖流的特征。

在短暫的邂逅之后，旅行者工程師琳達(dá)·蒙娜碧朵注意到在一張影像中有一個(gè)流束從表面放射出來。分析旅行者1號拍攝的其他影像后，總共找到9張有這種流束的照片，證實(shí)了艾奧有活躍的火山活動(dòng)。在旅行者1號邂逅艾奧之前不久，Stan Peale、Patrick Cassen、和R. T. Reynolds曾發(fā)表了一篇論文，作者計(jì)算出因?yàn)闅W羅巴和蓋尼米得的軌道共振，艾奧的內(nèi)部會(huì)有巨大的潮汐熱化（詳細(xì)的過程與解釋請參見潮汐熱的章節(jié)）。來自這次飛掠的數(shù)據(jù)顯示艾奧的表面由硫磺和二氧化硫霜控制著。這些成分也掌控著稀薄的大氣層和圍繞著艾奧軌道的等離子體環(huán)（也是旅行者發(fā)現(xiàn)的）。

旅行者2號在1979年7月9日以113萬公里（702,150英里）的距離掠過，雖然他沒有旅行者1號那么接近，比較這兩艘航天器的影像顯示出在這五個(gè)月內(nèi)表面有一些地區(qū)發(fā)生了變化。另一方面，旅行者2號在離開木星的系統(tǒng)時(shí)觀察到艾奧呈現(xiàn)月牙型，并顯示出在3月觀測到的9個(gè)流束中的8個(gè)依然活躍著，只有裴蕾火山已經(jīng)熄滅了。

伽利略號

伽利略號航天器從地球出發(fā)后經(jīng)歷了6年的航程，于1995年抵達(dá)木星，依循旅行者航天器的發(fā)現(xiàn)和地基天文臺(tái)多年的觀測，繼續(xù)后續(xù)的觀測。艾奧的位置在木星最強(qiáng)烈的一條輻射帶之內(nèi)，阻礙了近距離長時(shí)間飛掠的觀測，但是伽利略主要的任務(wù)就是研究伽利略衛(wèi)星，在最初兩年的任務(wù)中軌道將進(jìn)入并密切的經(jīng)過這些衛(wèi)星。在1995年12月7日飛掠過時(shí)雖然沒有獲得影像，但還是有重大的結(jié)果，例如發(fā)現(xiàn)類似于太陽系內(nèi)側(cè)的巖石行星的巨大鐵核。

伽利略號與艾奧的邂逅

日期 距離（公里）

1995年12月7日 897

1996年11月4日 244,000

1998年3月29日 252,000

1999年6月30日 127,000

1999年10月11日 611

1999年11月26日 301

2000年2月22日 198

2001年8月6日 194

2001年10月16日 184

2002年1月17日 102

2002年11月7日 45,800

在伽利略的主要任務(wù)期間，盡管缺乏近距離特寫的鏡頭和機(jī)械上的問題，還是傳回來了許多的資料，并且有一些重大的發(fā)現(xiàn)。伽利略號觀測到了Pillan火山的主要爆發(fā)，并且證實(shí)火山爆發(fā)由硅酸鹽的巖等離子體和富含鎂的鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)成分與硫磺和二氧化硫組成，類似于地球上的水和二氧化碳所扮演的角色。在任務(wù)的主要期間，幾乎每一條軌道都獲得了艾奧遠(yuǎn)距離的影像，顯露很大數(shù)量的火山活動(dòng)（來自表面和火山流束兩者的巖等離子體冷卻時(shí)都散發(fā)出輻射熱），眾多的山和廣泛的型態(tài)學(xué)上的變化，還有在旅行者和伽利略的年代之間，以及伽利略不同的軌道期間，在表面發(fā)生的變化。

伽利略號的任務(wù)在1997和2000年兩度的延展，在這些延長任務(wù)的期間，航天器在1999年末至2000年初，三度飛越艾奧；在2001年末至2002年初又再三度飛越。在這些遭遇時(shí)間的觀察透露了艾奧的火山和山的地質(zhì)過程，排除了磁場的出現(xiàn)，并且證實(shí)了火山運(yùn)動(dòng)的程度 [17]  。在2000年的12月，卡西尼航天器在前往土星的路程上與木星系統(tǒng)有過短暫的邂逅，與伽利略號聯(lián)合一起觀測。這次的觀測在特瓦史塔火山口發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的流束和證實(shí)觀察到了艾奧的極光。

后續(xù)觀測

在伽利略號之后的2003年9月，火熱的困境出現(xiàn)在木星的大氣層，地基的望遠(yuǎn)鏡觀測到艾奧有新的火山活動(dòng)。特別是，來自夏威夷凱克望遠(yuǎn)鏡的自適應(yīng)光學(xué)所獲取的影像，和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡允許天文學(xué)家監(jiān)測艾奧的火山活動(dòng)。這些影像使得科學(xué)家不需要用到航天器就能監(jiān)測艾奧的火山活動(dòng)。

前往冥王星和柯伊伯帶的航天器新視野號在2007年2月28日在路途中接近木星和艾奧。在接近木衛(wèi)一期間，它獲得許多艾奧的遠(yuǎn)距離觀測資料，包括特瓦史塔火山口的巨大流束，證實(shí)了是自從1979年在艾奧觀測到裴蕾火山的第一個(gè)流束以來最大的。新視野號也捕捉到Girru Patera在接近與進(jìn)入早期噴發(fā)前的影樣，還有一些在伽利略號就已經(jīng)觀察到噴發(fā)的火山。

目前有兩個(gè)探測木星系統(tǒng)的計(jì)劃即將執(zhí)行。朱諾號航天器在2011年發(fā)射，影像的能力雖然受到限制，但它可以使用近紅外線分光儀（JIRAM）提供艾奧的火山活動(dòng)。歐羅巴木星系統(tǒng)任務(wù)（EJSM）是NASA和ESA合作的計(jì)劃，它已在2009年2月獲得核準(zhǔn)，但發(fā)射的預(yù)定日期在2020年，將使用二艘航天器研究艾奧：NASA的木星歐羅巴軌道者和ESA的木星蓋尼米得軌道者。因?yàn)檫@兩艘航天器的主要任務(wù)是研究木星的冰衛(wèi)星，所以對艾奧的觀察幾乎都是在比較遠(yuǎn)的距離上，木星歐羅巴軌道者在進(jìn)入環(huán)繞歐羅巴的軌道之前，在2025年和2026年之間將四度接近與飛掠過艾奧，但是ESA的貢獻(xiàn)仍將面對ESA其他項(xiàng)目在經(jīng)費(fèi)上的競爭。除了NASA已經(jīng)批準(zhǔn)的這兩個(gè)計(jì)劃之外，還有幾個(gè)與艾奧相關(guān)的計(jì)劃被提出。一個(gè)稱為艾奧火山觀測者的計(jì)劃將在2015年發(fā)射，它設(shè)定為發(fā)現(xiàn)級的任務(wù)，并將多次飛越艾奧，但這個(gè)計(jì)劃仍在概念研究的階段。

研究發(fā)現(xiàn)

木星衛(wèi)星數(shù)目

木星衛(wèi)星數(shù)目現(xiàn)已高達(dá)63顆，其中最大的四顆：木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四最為著名，早在1610年，伽利略便已通過他的望遠(yuǎn)鏡觀測到這四顆衛(wèi)星，并以之證明并非所有的天體都繞地球運(yùn)行，成為“日心說（地動(dòng)說）”的最佳證據(jù)之一，因此天文上以“伽利略衛(wèi)星”稱呼這四顆木星的大衛(wèi)星。

旅行者號宇宙飛船約在20幾年前掠過木星附近時(shí)，觀測到木衛(wèi)一的表面有非?；钴S的火山活動(dòng)，地面科學(xué)家持續(xù)監(jiān)測木衛(wèi)一，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它是太陽系中火山活動(dòng)最頻繁的天體。而前幾年才剛功成身退的“伽利略”號宇宙飛船則發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一表面的火山熱點(diǎn)溫度高達(dá)攝氏1610度左右，相較之下，地球上的火山（如夏威夷的幾勞亞火山等）只有攝氏1000度左右，頓時(shí)使木衛(wèi)一成為太陽系中表面溫度僅次于太陽的天體（太陽表面溫度約5700度左右）。已知木衛(wèi)一表面有超過100座的火山，并證實(shí)木衛(wèi)一的火山活動(dòng)頻率高達(dá)地球的30倍以上。天文學(xué)家認(rèn)為：木衛(wèi)一的火山之所以如此活躍，原因在于它是四顆中最接近木星的一個(gè)，受到木星強(qiáng)大的潮汐力和磁場影響非常嚴(yán)重。

美國華盛頓大學(xué)行星科學(xué)家利用計(jì)算機(jī)仿真木衛(wèi)一表面火山爆發(fā)的情形，結(jié)果顯示木衛(wèi)一表面的熔巖溫度之高，使其中所含有的鈉、鉀、硅、鐵等都被蒸發(fā)成氣體，有部分變成單原子氣體，有部分則維持分子狀態(tài)，如一氧化硅、二氧化硅、一氧化鐵等，成為木衛(wèi)一大氣層的一部份?？茖W(xué)家們曾在2000年時(shí)提出預(yù)測：這些被蒸發(fā)的巖石成分，與火山氣體中的硫或氯等交互作用之后，可能產(chǎn)生一些罕見的氣體，如氯化鈉、氯化鉀、二氯化鎂、二氯化鐵等。

天文學(xué)家在2003年時(shí)真的在木衛(wèi)一表面發(fā)現(xiàn)氯化鈉氣體成分，但因觀測結(jié)果靈敏度不足，無法偵測出氯化鉀氣體的存在。如今，科學(xué)家們利用伽利略衛(wèi)星的觀測資料，配合他們的地面望遠(yuǎn)鏡觀測結(jié)果，分析后發(fā)現(xiàn)：木衛(wèi)一表面熾熱熔巖中鈉和鉀，正在蒸發(fā)成氣體進(jìn)入大氣中。此外他們還發(fā)現(xiàn)一氧化硅則是熔巖中硅類氣體的主要成分；由于天文學(xué)家在太空中已觀測到一氧化硅的存在，尤其是表面溫度較冷的恒星大氣中，因此使得木衛(wèi)一表面一氧化硅的發(fā)現(xiàn)顯得格外引人注目，他們還希望能在火山噴出的氣體中直接偵測到一氧化硅氣體。相關(guān)研究成果發(fā)表在2004年5月份的《伊卡魯斯》雜志中（行星科學(xué)的主要刊物）。

是太陽系最熾熱的衛(wèi)星

2004年，天文學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，太陽系內(nèi)（除太陽外）最熾熱的星體并不是人們一貫認(rèn)為的距離太陽最近的行星水星和金星，而是木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一（木星最明亮的四顆衛(wèi)星之一，400年前由伽利略最先發(fā)現(xiàn)）。

當(dāng)然，使得木衛(wèi)一有如此之高的溫度并不是太陽輻射的功勞，而是它內(nèi)部劇烈火山活動(dòng)的結(jié)果。在太陽系內(nèi)部，再?zèng)]有任何其它行星或衛(wèi)星能與木衛(wèi)一在火山數(shù)量上相媲美。

天文學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一上強(qiáng)烈的火山活動(dòng)是在20多年前，當(dāng)時(shí)美國的“旅行者”號星際探測器曾給木衛(wèi)一拍攝了一系列照片。此后，在木星附近工作了約8年的“伽利略”號探測器還為這顆熾熱的衛(wèi)星進(jìn)行了近距離拍照。正是以這些照片為依據(jù)科學(xué)家們確定了木衛(wèi)一上有著非常劇烈的火山活動(dòng)，其表面溫度可達(dá)1610攝氏度。

來自圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員對木衛(wèi)一上的火山噴發(fā)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)顯示，木衛(wèi)一火山爆發(fā)噴射出的熔巖能夠?qū)⑵浔砻娴拟c、鉀、硅、鐵等物質(zhì)及其化合物熔化并蒸發(fā)到大氣中。這些物質(zhì)的氣化物與火山巖氣體（含亞硫化物及氯化物）發(fā)生反應(yīng)便形成了木衛(wèi)一大氣特有的組成成份：鈉和鉀的氯化物以及鎂和鐵的二氯化物。

氣態(tài)氯化鈉在木衛(wèi)一上已經(jīng)找到，就條件來看，要找到氣態(tài)氯化鉀我們的探測器的靈敏度還需要加以改進(jìn)。

盡管科學(xué)家們已經(jīng)獲取了有關(guān)木衛(wèi)一的許多資料，但憑這些資料還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能讓科學(xué)家們揭開木衛(wèi)一神秘的面紗：這顆大小僅與月球相當(dāng)?shù)男l(wèi)星如何保持如此之高的巖漿溫度？如此高溫的巖漿卻為何熔化不了其周圍的巖石？它的巖石圈（包括地殼和地幔上部）到底有多厚多堅(jiān)固？如果它上面有山，其高度會(huì)不會(huì)賽過珠穆朗瑪峰？當(dāng)然，要解開這一系列的疑惑尚需要天文學(xué)家們持續(xù)不斷的努力。 [22]

火山爆發(fā)頻繁

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)太陽系最活躍的火山即將爆發(fā)，而火山爆發(fā)活動(dòng)頻繁的木衛(wèi)在未來的某一天將可能休眠。

此前，離木星距離最近一顆大衛(wèi)星木衛(wèi)一已多次出現(xiàn)火山爆發(fā)活動(dòng)，其表層被火山灰覆蓋，其表面還有數(shù)十個(gè)活火山。而木衛(wèi)一的大小和月亮差不多?？茖W(xué)家介紹稱，木衛(wèi)一表面火山運(yùn)功頻繁的原因是木星與其另外三個(gè)衛(wèi)星引力的共同影響。因?yàn)槟拘桥c其衛(wèi)星的引力引發(fā)了木衛(wèi)一表面不同地區(qū)的引力變化，造成不同地區(qū)的拉伸和地殼變化。

這種引力的拉伸，造成木衛(wèi)一表面每隔10米就會(huì)發(fā)生向上和向下的運(yùn)動(dòng)，因此引發(fā)了地殼的劇烈活動(dòng)。法國巴黎天文臺(tái)經(jīng)過長時(shí)間的觀測和研究，已經(jīng)證實(shí)了這種火山頻繁活動(dòng)的原因。

科學(xué)家稱，最讓人震驚的是，如果這種運(yùn)動(dòng)過于激烈，將會(huì)使附近的衛(wèi)星進(jìn)入一個(gè)圓形軌道，而不是此前的橢圓形軌道，那么太陽系的規(guī)律將會(huì)發(fā)生重大變化。實(shí)際上，科學(xué)家結(jié)合1891年就開始對木衛(wèi)一的觀測數(shù)據(jù)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這種細(xì)微的變化。加州大學(xué)的舒伯特教授認(rèn)為，一旦木衛(wèi)一處于休眠狀態(tài)，那么木星的軌道也會(huì)發(fā)生變化，從而使得衛(wèi)星的軌道發(fā)生變化?？茖W(xué)家們把相關(guān)的研究數(shù)據(jù)發(fā)表在了《自然》雜志上。 

2014年3月科學(xué)家發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一噴出近300公里高噴流。

2014年8月7日，美國宇航局網(wǎng)站報(bào)道，在2013年8月份的兩個(gè)星期時(shí)間內(nèi)，木星4顆伽利略衛(wèi)星之一的木衛(wèi)一上連續(xù)發(fā)生了三次大規(guī)模的火山噴發(fā)事件。

2016年5月16日《自然地球科學(xué)》網(wǎng)絡(luò)版上，來自美國地質(zhì)勘探局天文科學(xué)中心的科學(xué)家McKinnon和Michael T. Bland發(fā)表了一篇關(guān)于計(jì)算機(jī)模型的文章，該計(jì)算機(jī)模型能夠構(gòu)建數(shù)字化的模擬高山。McKinnon稱行星研究學(xué)者們認(rèn)為，木衛(wèi)一上的高山也許是由于它持續(xù)的火山噴發(fā)造成巖漿遍布整個(gè)星球而形成的，噴涌到木衛(wèi)一表面的巖漿有向下流動(dòng)的趨勢。由于木衛(wèi)一是一個(gè)球體，在它向下流動(dòng)的過程中，受到壓力的作用從而增加縱向深度。

McKinnon表示，這也許能解釋為什么在高山旁常有最近噴發(fā)的巖漿。地殼深處的壓力強(qiáng)度非常大，當(dāng)裂縫延伸至地表，壓力得到釋放，整個(gè)斷層的壓力環(huán)境也隨之改變，為巖漿噴發(fā)提供了通道。它還能解釋木衛(wèi)一上的一個(gè)不起眼的特征：高山與火山的反關(guān)聯(lián)性。不僅是因?yàn)橹饾u變重的巖漿使得地殼深處壓力增強(qiáng)，也因?yàn)闇囟仍谥饾u升高。高溫使巖石逐漸膨脹，但由于空間不足，又再次處于壓縮環(huán)境之中。只要火山持續(xù)噴發(fā)，會(huì)帶走熱量，使得熱應(yīng)力變低，減少形成高山的可能性。但一旦噴發(fā)結(jié)束，地殼又重新變熱，熱應(yīng)力增強(qiáng)，形成高山的可能性又增加了。

探索計(jì)劃

美國國家航空航天局（NASA）計(jì)劃2026年向木衛(wèi)一發(fā)射“伊娥火山觀測器”（IVO），2031年到達(dá)木衛(wèi)一。它將收集更多數(shù)據(jù)，以便科學(xué)家更好地了解木衛(wèi)一的潮汐加熱和火山活動(dòng)。

相關(guān)資料

木衛(wèi)一的內(nèi)部在亞瑟·克拉克的小說《2010太空漫游》（2010: Odyssey Two, 1984年作品）中，提及發(fā)現(xiàn)號太空船對木衛(wèi)一進(jìn)行觀測，其船身被火山所噴出的硫磺所覆蓋。

在電視連續(xù)劇《巴比倫五號》（Babylon 5）中，木衛(wèi)一是其殖民地之一。

在漫畫機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士海盜鋼彈中，木衛(wèi)一(作品中稱為[伊奧])是木星帝國的根據(jù)地的消息被泄漏給十字先驅(qū)者軍，因此十字先驅(qū)者軍決定向伊奧突擊。