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土卫二内部的深海?

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发表于 2020-11-26 11:08:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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水星 可能拥有火山平原,火星 有埋藏地下的 冰河,而柯伊伯带有着自己的 矮行星 。然而当下在太阳系 中,似乎没有比土卫二更令人兴奋的 地方了。它吸引了行星 动力学家、地球物理学家、火山学家、冰河学家、海洋学家、天体生物学家以及等离子体物理学家的 注意力。对于一颗直径仅仅300英里(490公里)的 中等卫星 来说,这可是不太平凡之事。

让每个人沉醉的 原因是人们认识到,土卫二单枪匹马地造就了土星 宽阔的 E环,这要归功于卡西尼号轨道探测器,它发现,土卫二南极附近的 喷发将带电的 含水羽状物散布到太空之中的 几百哩。卡西尼号的 观测表明,羽状物是从一组40英里长的 四重裂口(俗称“虎斑”)喷射而出的 ,温度比周围的 环境高得多。

为这一活动供能(根据卡西尼号最新的 估计,是令人惊骇的 150亿瓦特)的 热量多数来自与土星 的 潮汐力相互作用,它让冰质外壳在每个轨道周期内有节奏地变形。这导致了摩擦产生的 热量积累在冰质卫星 内部。理论上说,热量必然会在表面之下某深度的 地方形成全球性的 海洋,这是缓冲卫星 变形的 外壳与内部深层区域的 “润滑剂”。

2007年,麻省理工学院的 詹尼弗·迈耶(Jennifer Meyer)与杰克·威兹德姆(Jack Wisdom)发现,土卫二由于与土星 的 其他卫星 发生轨道共振,会里外移动。现在,他们说,土卫二与邻近的 土卫四之间的 耦合作用增大的 其轨道的 偏心率。偏心率只有0.005,只是将将可以察觉,但是对于触发卫星 与土星 的 潮汐阴阳来说已经足够。

几周前,在多伦多召开的 地球物理学家会议上,由应用物理学实验室的 詹姆斯·罗伯茨(James Roberts)领导的 动力学家三人组解释道,在土卫二地表之下某处,几乎存在有一个水层——这是导出内部如此多的 热量的 唯一一条物理上可行的 途径。但是他们同样强调说,土卫二的 内部不太可能永远保持高温——结果就是,考虑当前的 轨道构形,地下的 海洋“可能在较短的 地质学时标之内就会冻结”。

那么如果隐藏的 海洋存在的 话,它是什么样子的 ?起初,卡西尼小组设想了靠近冰质表面的 水体,溪流可以沿着裂缝向上逃逸而出,并在突发性的 减压蒸发之后进入太空。并不是每个人都赞同这一“低温老忠实”间歇泉模型。其他人猜测,海洋可能根本就是不必要的 。而基于水冰的 笼合物锁住了甲烷、二氧化碳、氮等挥发性的 分子,它可以被分解为气体与水冰的 喷流。

幸运的 是,卡西尼最近在对土卫二进行“细致的 个人调查”。该探测器在过去的 一年中飞越该卫星 3次,其中一次大胆地直接穿越了高耸的 羽状物。明年计划还要进行4次近距离飞越,而如果NASA批准了该任务的 7年扩展项目,飞越还可以进行12次。

发表在24日的 《自然》杂志上的 两项新结果让人们得以一窥喷流的 真实起源。其中的 一项是,马普核物理研究所的 弗兰克·波兹堡(Frank Postberg)与其他人揭示出,土星 E环中约有6%的 微型粒子含盐量极高,氯化钠(NaCl)的 含量达1.5%。如果在几百万年(这一长度足以让钠与其他元素渗入水中)的 时间里,土卫二内部的 海洋接触到了深层的 岩石,这一事实就有意义了。波兹堡的 小组总结道,卫星 上的 海洋可能与地球上的 海水含盐量一样高(每千克含6至20克NaCl)。

但一项旨在从地球上通过光谱方法在羽状物中探测钠元素的 大规模研究没有得到任何结果。哪怕是痕量的 钠元素也会非常明显,钠原子会发出强烈的 黄光辐射。观测小组的 领导、科罗拉多大学的 尼古拉斯·施奈德(Nicholas Schneider)总结说,羽状物蒸汽中钠元素的 缺乏可以排除掉近地表的 间歇泉模型,原因是在如此的 爆发性逃逸中,气体与粒子的 组分都应该彼此接近。

施奈德转而相信,无钠的 光谱表明,气体是从地表之下的 巨大空穴中缓慢蒸发的 ,这与水以蒸汽的 形式从地球上的 海洋表面逃逸而出类似。气体积累在增压腔中,直到可以经由裂缝喷入太空。

施奈德在新闻发布会上指出:“从多孔深海中缓慢蒸发并不是我们之前想象出的 戏剧性概念。”他补充说,其他解释也是可能的 ,包括温热的 笼合冰分解并逃逸到太空,或是潮汐变形让冰块之间发生摩擦时因为摩擦与热量产生的 液态水。

施奈德说:“这些都是假说,但是现在我们还不能用结果来证实任何一种。我们必须要让它们结合,好吧,是盐粒。”

漂亮的 词语交接,时间到了。

但大家认真些,土卫二是激动人心的 ,这是由于其假想的 海洋正作为太阳系 中最有利于生命发展的 地方而浮现。卡西尼号的 研究人员、来自西南研究所的 约翰·斯宾塞(John Spencer)在他发表在《自然》杂志上的 观点中指出,这个小小的 活动温床看起来拥有所有的 三种基本成分:热源、合适的 化学混合物,以及液态水。
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