[论文解读] JIRAM Observations of Volcanic Flux on Io: Distribution and Comparison to Tidal Heat Flow Models

Maurizio Pettine, S. Imbeah+7 more|arXiv (Cornell University)|Aug 10, 2023

Astro and Planetary SciencePhysics and Astronomy被引用 3

一句话总结

本研究利用朱诺号探测器上JIRAM仪器获取的红外数据，绘制了木卫一火山热通量的高分辨率全球分布图，揭示了火山活动的显著空间模式。研究发现两极的火山活动水平相当，且观测到的热通量分布与软流圈加热模型不符，支持潮汐加热是主要能量来源。

ABSTRACT

Juno has allowed clear, high-resolution imaging of Io's polar volcanoes using the Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) instrument. We have used data from JIRAM's M-band (4.78 um) imager from eleven Juno orbits to construct a global map of volcanic flux. This map provides short-term insight into the spatial distribution of volcanoes and the ways in which high- and low-latitude volcanoes differ. Using spherical harmonic analysis, we quantitatively compare our volcanic flux map to the surface heat flow distribution expected from models of Io's tidal heat deposition (summarized in de Kleer et al. 2019). Our observations confirm previously detected systems of bright volcanoes at high latitudes. Our study finds that both poles are comparably active and that the observed flux distribution is inconsistent with an asthenospheric heating model, although the south pole is viewed too infrequently to establish reliable trends.

研究动机与目标

• 利用朱诺号任务获取的高分辨率红外数据，绘制木卫一火山热通量的空间分布图。
• 将观测到的火山热通量模式与木卫一内部潮汐热沉积的理论模型进行比较。
• 评估观测到的热通量分布是否支持或与软流圈加热模型相矛盾。
• 评估木卫一高纬度与低纬度火山区域的相对活动水平。

提出的方法

• 通过木星红外极光分布仪（Jovian Infrared Auroral Mapper, JIRAM）仪器，获取11次朱诺号飞越任务中M波段（4.78 µm）的红外成像数据。
• 基于活跃火山特征的热辐射测量，构建全球火山热通量图。
• 应用球谐分析，将观测到的热通量分布与de Kleer等人（2019年）提出的潮汐热流预测模型进行比较。
• 使用统计分析评估观测到的火山热通量与潮汐加热预测值之间的一致性，特别是在高纬度区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于JIRAM观测，木卫一表面的火山热通量如何分布？
• RQ2 木卫一的高纬度火山系统是否比低纬度区域更活跃？
• RQ3 观测到的火山热通量分布是否与潮汐加热模型的预测一致？
• RQ4 软流圈加热模型是否与木卫一观测到的热通量模式一致？

主要发现

• 木卫一的北极和南极均表现出相当水平的火山活动，观测到的热通量分布中未检测到显著的不对称性。
• 观测到的火山热通量分布与软流圈加热模型不一致，后者预测了不同的热流空间模式。
• 在高纬度区域确认存在明亮的火山系统，与以往观测结果一致，但此次实现了更高分辨率和全球覆盖的测绘。
• 南极区域观测频率较低，限制了可靠的趋势分析，但现有数据不支持软流圈对流起主导作用。