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從靈神星談金屬火山，那麼，鐵火山真的存在嗎？

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2022年5月14日 -
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簡介：我們熟悉的火山熔岩都是由熔融岩石構成的，他們來源於地球的地幔。 而在宇宙中的其他行星上，常見的火山都是水火山。 但是還有第三種更奇特的火山，金屬火山。 
我們對地球上的火山都非常熟悉。 它們大小不一，形狀各異，噴發也不同----有些像大爆炸，有些像弧形噴泉，有些只是慢慢滲出----但它們都有一個共同點：岩漿是由熔岩構成的。 
在非常厚的地幔上，有一個薄而堅固的岩石地殼，這個地殼是由極熱（但不是熔融的！）的岩石構成的。 有時地殼附近的地幔確實會融化，融化的物質會上升並突破地殼，就會導致火山爆發。 
在外太陽系，從小行星到更遠的地方，我們也看到了火山活動的證據——例如，土星的衛星土衛二有間歇泉，原行星穀神星也有火山特征。 我們可以找到更多這樣的例子。 但在這種情況下，"熔岩"不是岩石，而是流體。 我們稱之為冰火山，寒冷的火山。 
但還有第三種火山，我們稱為鐵火山，由鐵水和其他金屬引起的火山爆發形成的火山。 這種情況以前從未直接觀察到過，但智利埃爾拉科火山富含鐵，這是直接指向鐵火山的證據。 有一顆神秘的小行星，它繞著太陽運行，經過火星，我們給它命名“靈神星”，它可能是一大塊的鎳鐵合成物，它上面曾經可能也有鐵火山活動（稍後會詳細介紹）。 
因為它從未被看到過，所以鐵火山這一概念主要還停留在理論上。 為了使問題更有具體的理論依據，來自北卡羅來納州立大學的科學家們使用紐約的錫拉丘茲熔岩項目設施來模擬金屬火山流。 他們使用一個巨大的坩堝，熔化了富含鐵的玄武岩（從美國五大湖地區的一個古老的火山地層收集，其中約50%是矽酸鹽，10%是鐵，其餘是各種礦物質），然後將其倒入金屬滑槽到沙子的底部，以研究它是如何流動的。 
熔融的矽酸鹽熔岩具有較高的粘度（它更厚，像油漆或糖漿），並以每秒約4厘米的速度緩慢流動，形成一塊厚厚的，表面呈繩索狀，波紋狀的塊狀物。 
鐵水熔岩比矽酸鹽密度更大，粘度也低得多（稠度更薄）。 一些沿著矽酸鹽的頂部溢出，並非常迅速地沿著通道以41厘米/秒的速度流動，比矽酸鹽快十倍。 
大部分流經矽酸鹽的鐵的密度更大，移動速度約18厘米/秒（比頂部慢，但隨後它穿過矽酸鹽熔岩）。 在矽酸鹽下看到三種不同的鐵熔液流動脈沖，前兩個脈沖強，在流體的前部噴發，形成樹突的長卷須。 第三個溫和些，在流體的前部形成了一個鐵池。 
當它們冷卻時，矽酸鹽流體變得更暗更黑，而金屬流體則更灰。 矽酸鹽流體總體上是玻璃狀的，但在靠近鐵的附近，矽酸鹽流體變得更加結晶，並且在它們接觸的兩種物質之間存在一些混合物。 
在一個熔岩流實驗（左）中，熔融金屬（底部）從更厚更多岩石的矽酸鹽流下爆發，形成卷須。 冷卻後（右），矽酸鹽流動呈玻璃狀和黑色，而金屬流是灰色的。 請注意，在兩張鏡頭中，沿著矽酸鹽沉積物右上角流動的銀色細線金屬。 圖片提供：索爾達蒂 等， 知識共享4.0 國際許可證
不錯，冷卻的，或者說，正在變冷，但這意味著什麼呢？
通過觀察流動發生的方程式，得出的結論是即使在低重力環境中，如火星或小行星上，也應該發生這種流動。 考慮到火山流的整體形狀，這意味著有可能在其他天體上發現鐵火山！
我們再來看看靈神星。 它是位於火星和木星之間的小行星帶的質量第九大的天體，也是第十六大天體，它是一個尺寸約為290 x 245 x 170公裏畸形的太空土豆。 
一段時間以來，人們一直認為它的金屬含量很高，不過最近的測量表明它的密度大約是水的4倍（水的密度為每立方厘米1克，標准單位）;岩石小行星的密度是這個數字的一半。 鐵的密度為8，因此靈神星很可能是鐵和岩石的混合物。 此外，靈神星的光譜也最符合岩石和金屬的混合物的。 
靈神星有可能曾經是一顆更大的小行星的核心。 在它形成後，被熔化，較重的物質如金屬沉入行星內部，較輕的岩石物質則上升到行星表面。 而且，也有可能在它的構成物質分離後不久（所謂的分化），它就經歷了一系列撞擊，剝離了大部分上層的岩石，將核心暴露在太空中。 行星的表面上可能也有一些混合物體。 
在靈神星形成的過程中，其金屬核也可能保持熔融狀態。 如果是這樣，它會從外面冷卻，形成一個堅固金屬外殼，當它冷卻收縮時，收縮壓力會導致它開裂，這樣，它內部熔融的金屬就可能會流到表面上。 
金屬小行星靈神星的傑作，基於對其形狀的真實觀察。 
圖片來源：瑪克薩爾衛星影像公司/亞洲空間研究所/P.Rubin/美國宇航局/噴氣推進實驗室-加州理工學院
啊哈！那麼，這些用岩石和金屬混合物進行的實驗可以預測靈神星表面上的流動是什麼樣子的呢（具體來說，由於金屬流動粘度低，他們認為靈神星表面的噴發物堆積可能很低;也就是說，它們不會堆積得很高，因為流體流動會迅速擴散）。 而且，碰巧的是，美國宇航局目前正在策劃一個靈神星任務（令人困惑，也被稱為靈神星），該任務計劃於2022年發射，並於2026年抵達小行星。 當它到達那裏時，我們很可能會看到類似於實驗中看到的流體流動的證據。 
不得不說，這簡直是太酷了。 我們目前近距離觀察的小行星都是岩石構成的，從來沒有像在靈神星這樣的小行星進行過觀察。 目前還不清楚航天器到達那裏時會看到什麼。 但是，如果它看到靈神星上的金屬熔岩流，那麼鐵火山將不再是理論上的了，而是實際存在的。 
BY: Phil Plait
FY: GLEN Li
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簡介：我們熟悉的火山熔岩都是由熔融岩石構成的，他們來源於地球的地幔。而在宇宙中的其他行星上，常見的火山都是水火山。但是還有第三種更奇特的火山，金屬火山。

我們對地球上的火山都非常熟悉。它們大小不一，形狀各異，噴發也不同----有些像大爆炸，有些像弧形噴泉，有些只是慢慢滲出----但它們都有一個共同點：岩漿是由熔岩構成的。

在非常厚的地幔上，有一個薄而堅固的岩石地殼，這個地殼是由極熱（但不是熔融的！）的岩石構成的。有時地殼附近的地幔確實會融化，融化的物質會上升並突破地殼，就會導致火山爆發。

在外太陽系，從小行星到更遠的地方，我們也看到了火山活動的證據——例如，土星的衛星土衛二有間歇泉，原行星穀神星也有火山特征。我們可以找到更多這樣的例子。但在這種情況下，"熔岩"不是岩石，而是流體。我們稱之為冰火山，寒冷的火山。

但還有第三種火山，我們稱為鐵火山，由鐵水和其他金屬引起的火山爆發形成的火山。這種情況以前從未直接觀察到過，但智利埃爾拉科火山富含鐵，這是直接指向鐵火山的證據。有一顆神秘的小行星，它繞著太陽運行，經過火星，我們給它命名“靈神星”，它可能是一大塊的鎳鐵合成物，它上面曾經可能也有鐵火山活動（稍後會詳細介紹）。

因為它從未被看到過，所以鐵火山這一概念主要還停留在理論上。為了使問題更有具體的理論依據，來自北卡羅來納州立大學的科學家們使用紐約的錫拉丘茲熔岩項目設施來模擬金屬火山流。他們使用一個巨大的坩堝，熔化了富含鐵的玄武岩（從美國五大湖地區的一個古老的火山地層收集，其中約50%是矽酸鹽，10%是鐵，其餘是各種礦物質），然後將其倒入金屬滑槽到沙子的底部，以研究它是如何流動的。

熔融的矽酸鹽熔岩具有較高的粘度（它更厚，像油漆或糖漿），並以每秒約4厘米的速度緩慢流動，形成一塊厚厚的，表面呈繩索狀，波紋狀的塊狀物。

鐵水熔岩比矽酸鹽密度更大，粘度也低得多（稠度更薄）。一些沿著矽酸鹽的頂部溢出，並非常迅速地沿著通道以41厘米/秒的速度流動，比矽酸鹽快十倍。

大部分流經矽酸鹽的鐵的密度更大，移動速度約18厘米/秒（比頂部慢，但隨後它穿過矽酸鹽熔岩）。在矽酸鹽下看到三種不同的鐵熔液流動脈沖，前兩個脈沖強，在流體的前部噴發，形成樹突的長卷須。第三個溫和些，在流體的前部形成了一個鐵池。

當它們冷卻時，矽酸鹽流體變得更暗更黑，而金屬流體則更灰。矽酸鹽流體總體上是玻璃狀的，但在靠近鐵的附近，矽酸鹽流體變得更加結晶，並且在它們接觸的兩種物質之間存在一些混合物。

在一個熔岩流實驗（左）中，熔融金屬（底部）從更厚更多岩石的矽酸鹽流下爆發，形成卷須。冷卻後（右），矽酸鹽流動呈玻璃狀和黑色，而金屬流是灰色的。請注意，在兩張鏡頭中，沿著矽酸鹽沉積物右上角流動的銀色細線金屬。圖片提供：索爾達蒂等，知識共享4.0 國際許可證

不錯，冷卻的，或者說，正在變冷，但這意味著什麼呢？

通過觀察流動發生的方程式，得出的結論是即使在低重力環境中，如火星或小行星上，也應該發生這種流動。考慮到火山流的整體形狀，這意味著有可能在其他天體上發現鐵火山！

我們再來看看靈神星。它是位於火星和木星之間的小行星帶的質量第九大的天體，也是第十六大天體，它是一個尺寸約為290 x 245 x 170公裏畸形的太空土豆。

一段時間以來，人們一直認為它的金屬含量很高，不過最近的測量表明它的密度大約是水的4倍（水的密度為每立方厘米1克，標准單位）;岩石小行星的密度是這個數字的一半。鐵的密度為8，因此靈神星很可能是鐵和岩石的混合物。此外，靈神星的光譜也最符合岩石和金屬的混合物的。

靈神星有可能曾經是一顆更大的小行星的核心。在它形成後，被熔化，較重的物質如金屬沉入行星內部，較輕的岩石物質則上升到行星表面。而且，也有可能在它的構成物質分離後不久（所謂的分化），它就經歷了一系列撞擊，剝離了大部分上層的岩石，將核心暴露在太空中。行星的表面上可能也有一些混合物體。

在靈神星形成的過程中，其金屬核也可能保持熔融狀態。如果是這樣，它會從外面冷卻，形成一個堅固金屬外殼，當它冷卻收縮時，收縮壓力會導致它開裂，這樣，它內部熔融的金屬就可能會流到表面上。

金屬小行星靈神星的傑作，基於對其形狀的真實觀察。

圖片來源：瑪克薩爾衛星影像公司/亞洲空間研究所/P.Rubin/美國宇航局/噴氣推進實驗室-加州理工學院

啊哈！那麼，這些用岩石和金屬混合物進行的實驗可以預測靈神星表面上的流動是什麼樣子的呢（具體來說，由於金屬流動粘度低，他們認為靈神星表面的噴發物堆積可能很低;也就是說，它們不會堆積得很高，因為流體流動會迅速擴散）。而且，碰巧的是，美國宇航局目前正在策劃一個靈神星任務（令人困惑，也被稱為靈神星），該任務計劃於2022年發射，並於2026年抵達小行星。當它到達那裏時，我們很可能會看到類似於實驗中看到的流體流動的證據。

不得不說，這簡直是太酷了。我們目前近距離觀察的小行星都是岩石構成的，從來沒有像在靈神星這樣的小行星進行過觀察。目前還不清楚航天器到達那裏時會看到什麼。但是，如果它看到靈神星上的金屬熔岩流，那麼鐵火山將不再是理論上的了，而是實際存在的。

BY: Phil Plait

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