木星衛星 Ganymede 核心或於太陽系誕生 46 億年後仍處形成中

木星衛星木衛三（Ganymede）比行星水星更大，其冰層下方隱藏著龐大海洋，並是太陽系中唯一已知能自行產生磁場的衛星。數十年來，科學家認為這磁場源自冰凍表面深處已完全形成的金屬核心內部運動。然而，一項新研究現建議，木衛三的核心本身可能在太陽系誕生數十億年後仍處於形成階段。此想法或能最終解釋，為何木衛三至今保有活躍磁場，而大多數衛星已在數十億年前喪失其磁場。

冷卻過慢的衛星

磁場通常由內部發電機驅動，即行星或衛星內電導液態金屬的運動。然而，此類發電機通常在星體冷卻及核心形成結束後減弱。例如，地球衛星已無此磁場。即使略大於木衛三的火星，也在數十億年前喪失其內部產生的磁場。此謎團更難解釋，因為行星核心一般被認為形成迅速。吸積過程（行星形成期間物質劇烈堆積產生的熱量）通常在約 1 至 200 百萬年內，將重金屬與輕岩石分離。「數十年來，行星形成及發電機作用的研究平行進展，但對木衛三初始狀態的假設互相衝突，」研究作者表示。

為理解木衛三為何仍如磁性活躍星體般運作，研究人員建構電腦模型，重現該衛星自早期至今的熱歷史。先前大多理論假設木衛三形成時高溫，讓重金屬物質迅速向內沉降，早於其歷史中形成核心。新研究探索不同可能性：若木衛三初始遠較寒冷呢？ 研究人員使用一維熱演化模型，測試多種情境。他們調整衛星含水量、內部組成，以及木星引力拉扯產生的潮汐加熱量；亦檢視衛星內放射性元素如何隨時間緩慢溫暖內部。

模擬顯示，木衛三可能含鐵及硫混合物，熔點相對較低。在此系統中，衛星無需極端早期加熱，即可開始分離金屬與岩石；取而代之，溫暖可緩慢發生，歷時數十億年。 此緩慢溫暖改變一切。核心形成非於太陽系早期完成，而是稠密液態金屬至今仍向中心移動。據研究，木衛三內鐵質熔融物可緩慢與周圍物質分離，向衛星內部更深處沉降，滋養有時稱為「前核心」的部分形成金屬中心。「我們提出，木衛三的發電機可能源自溫暖內部，透過緩慢分異持續供應鐵質熔融物至成長中的前核心，」研究作者表示。

隨著此液態金屬向下移動，它攪動衛星內電導物質，創造磁性發電機所需條件。簡單而言，該衛星或仍在建造驅動其磁場的引擎。 「我們的模型顯示，木衛三觀測到的發電機與持續核心形成一致，此過程尚未在其他地方觀測到，」研究作者指出。此想法與先前基於『鐵雪』對流的模型大相徑庭，後者指固態鐵粒子在已存在液態核心內結晶，如金屬雪般向下墜落。新研究則建議，發電機源自核心持續成長本身。

研究人員主張，此緩慢持續金屬分離，可維持磁性活躍數十億年——遠超衛星尺寸星體預期。 此發現亦有助解釋，為何木星其他鄰近冰衛星儘管共享相似環境，卻演化不同。歐羅巴（Europa）或經歷更強早期加熱，讓其核心早早形成；卡利斯托（Callisto）則或過冷，無法有效發展核心。時機、組成及加熱的細微差異，或推這些鄰衛沿完全不同演化路徑。「卡利斯托很可能沿相反的寒冷路徑演化。

比較木衛三與卡利斯托的經典難題，在於它們相似尺寸、體密度及鄰近軌道，」研究作者表示。 此研究或改變科學家對冰性星體演化的看法。星體核心非快速形成後緩慢冷卻至不活躍，而是某些可在數十億年內發展，持續驅動磁性發電機。此點重要，因為磁場可屏蔽星體免受帶電粒子侵害，並助穩定地下海洋長期間。鑑於木衛三冰殼下或隱藏廣大海洋，理解其磁場如何存活，或提供太陽系其他潛在宜居環境線索。

此想法仍未確認。模型高度依賴木衛三內部化學假設，科學家仍無法直接觀測其深部內部。歐洲太空總署未來 JUICE 任務，可於 2030 年代透過研究木衛三磁環境及內部結構，助驗證理論。若理論成立，木衛三或成首個已知因核心未完全停止形成而保有磁場的星體。 研究刊登於《Science Advances》期刊。