发布单位： 台北市立天文科学教育馆
天文学家猜测 ，木卫三之所以拥有与其星体大小不相称的强大磁场 ，是因为木星所产生的强大潮汐效应 ，不断拉伸挤压星体 ，物质相互摩擦后加热熔化含铁核心 ，并产生对流驱动磁场 ，但是对于详细的运作过程其实并不瞭解 。近期研究团队为了证实目前所认可的核心动力学模型之一： 「铁雪」 理论 ，是否为真 ，发展出一套新的实验 ，试图观察并验证此模型的正确性与可能性 。
铁雪理论类似于在液态铁质核心环境内的 「大气模型」 ，液态铁在核心外层与地函交界处冷却 ，形成铁质的 「雪花」 结晶之后 ，向内逐渐落下熔化后回中心 。换句话说 ，木卫三的核心是颗受到木星引力的摇晃和搅拌的液态金属铁雪球 。
图说： 木卫三核心的铁雪理论示意图 ，液态铁在核心外层与地函交界处冷却产生铁的｢雪花结晶」 ，落向中心时搅动液态铁 ，产生强大且不断变动的磁场 。图片来源： Science Alert
为了证实上述说法的可能性 ，研究团队设计了新的实验来进行验证 。他们在一缸水的底部注入一层咸水 ，代表木卫三的地函 ，表层注入一层淡水 ，代表木卫三的中心处 。由于冰晶的密度比水低 ，但是铁结晶的密度比液态铁高 。所以就可由密度比较高的咸水代表与外核外层接触的地函 ，密度低的淡水代表中心处 。接下来将咸水层降温 ，团队观察到下层与咸水交界处开始形成雪花冰晶 ，但并不是稳定地产生 ，而是到达过冷状态 ，也就是降温至冰点以下时 ，就会突然出现一团雪花向上浮起 ，然后暂停一段时间 ，直到咸水层附近的温度再次降至冰点以下 ，才会再释放出另一团雪花 。
这种具有周期性 ，但是零星出现且位置不固定的过程 ，对星体的磁场产生重大影响 。木卫三的铁雪结晶团会间歇性地出现 ，并分布在整个核心的不同地方 。结果将是产生一个不断变化和变动的磁场 ，随着时间推移 ，磁场会增强 、减弱和改变形状 。科学家们推论 ，这种核心对流与产生磁场的方式 ，很可能会普遍地出现在所有较小星体的核心 ，包括体积稍大一些且拥有熔融金属核心的小行星 、月球 、水星 ，甚至火星等 。至于地球这类较大星体的核心 ，由于包含不同金属成分的密度分层 ，所以地核中的金属往往会在密度分层的交界处凝固 ，并在往侧向飘移时熔化 。而从地核最外侧直接落向中心 ，并不属于主要的对流模式 。 （编辑/台北天文馆蔡承颖）
资料来源： Science Alert