对于行星科学家来说，土卫弥玛斯——土星的卫星之一——最出名的是它与《星球大战》中死星惊人的相似之处。虽然土卫弥玛斯肯定不是一种行星毁灭超级武器，但没有人能够肯定地说，在其冰壳下是否隐藏着大量液态水。但是一篇新的论文，今天发表在《自然》杂志上，已经宣布：这不是月球；这是一个海洋世界。而且这个新发现的海洋，出乎所有人的意料，在太阳系的时间尺度上似乎是一个名副其实的新生儿。
五十年前，很少有科学家会接受木星和土星的冰卫星内部存在海洋的概念。在如此远离太阳的地方，很难获得使海洋不冻结的热量——除非它来自世界形成时遗留下来的深层内部热量。但是，人们认为，微小的卫星应该早已失去了它们微薄的余烬。然而，在过去的几十年里，一系列的航天器揭示了真相：木星、土星以及太阳系外围的其他行星拥有若干个海洋世界，这些世界都不需要来自其诞生时的融冰内部火焰。
虽然在某些卫星（即木卫二欧罗巴和土卫二恩克拉多斯）中存在海洋的案例现在已是铁证如山，但在包括土卫弥玛斯在内的许多其他卫星中，情况仍然不明朗。理论上，液态水应该在土卫弥玛斯的冰壳下流动：土卫弥玛斯绕土星的椭圆轨道使卫星摆动得更靠近这颗环状行星，然后又远离它。这种排列方式周期性地挤压着土卫弥玛斯在土星引力中的位置。原则上，这种挤压会产生足够的内部摩擦和热量来融化冰并维持海洋。
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但是土卫弥玛斯没有显示出内部海洋的任何外部迹象。它布满陨石坑的表面似乎没有受到下方任何水流搅动的影响，缺乏暗示其他冰卫星内部埋藏海洋存在的间歇泉和裂缝。这个悖论困扰了科学家多年。今天的这项新研究似乎已经解开了这个谜题。
“这是一篇很棒的论文，”柏林自由大学的行星科学家弗兰克·波斯特伯格说，他没有参与这项新研究。“土卫弥玛斯在几年前是一个热门候选者，但我认为这篇论文敲定了它。”
为了找到土卫弥玛斯的海洋，该研究的作者较少关注卫星的表面细节，而更多地关注其运动，通过卡西尼号宇宙飞船的档案数据发现了其轨道上的一个明显漂移，卡西尼号宇宙飞船在2017年结束任务之前对土星系统进行了13年的探测。研究人员表示，土卫弥玛斯的部分漂移只能通过以下方式解释：卫星本身的层状结构具有一个冰壳，该冰壳在液态水海洋的顶部滑动。
但是土卫弥玛斯地质上静止的外部呢？这种表面停滞不前应该不可能发生在真正古老的海洋之上，因为大约1亿年的时间足以让下方的翻腾水域使上覆的冰壳破裂和破碎。因此，土卫弥玛斯的海洋必定相对年轻。卫星高度偏心的轨道也提供了另一个重要的线索，因为如果没有海洋来抑制土星和邻近卫星的引力牵引，它的轨道将在数千万年内变得几乎呈圆形。总而言之，这些因素使该研究的作者估计，土卫弥玛斯的海洋非常年轻，形成于2500万至200万年前之间——时间太近了，以至于其深渊的动荡无法破坏卫星冰冻的面貌。
“这对我们的影响是巨大的，”牛津大学的行星科学家卡莉·豪伊特说，她没有参与这项新研究。第一个影响是你不应该以貌取卫星——海洋可能会恩泽其他看似惰性的冰冷天体，例如天王星和海王星的几颗卫星，这些行星与土星一样，都位于太阳系外围，但很少被探索。第二个影响是，冰卫星海洋不必是古老而持久的；有些可能是初期、短暂的海洋。
土卫弥玛斯内部的海洋也将加强一个革命性的想法，即一个世界可以在没有沐浴在阳光温暖的情况下适合生物生存。“也许大多数你拥有宜居条件的地方都不是我们所说的‘宜居带’，”巴黎天文台的天文学家，这项新研究的主要作者瓦莱里·莱尼说。
愿（潮汐）力与你同在
当美国宇航局的伽利略号探测器飞掠木卫二并记录到来自该卫星的强烈磁信号时，这个革命性的想法开始在 20 世纪 90 年代中期具体化。经过详尽的排除过程，科学家们将一层相当大的导电流体——也就是咸液态水海洋——单独挑出来作为该信号唯一合理的解释。到 21 世纪初中期，当卡西尼号看到——并采样——从土卫二恩克拉多斯南极喷出的明显海水羽流时，范式转变显然已经来临：海洋实际上潜伏在科学家在太阳系外围看到的每个地方。
土卫弥玛斯是卡西尼号的下一个自然目标。与土卫二恩克拉多斯一样，它也具有椭圆形轨道，这使其在土星引力场的深处和浅处穿梭。因此，有理由认为，土卫弥玛斯的内部肯定受到了挤压，产生了大量的融冰能量——这个过程被称为潮汐加热。
但是与土卫二恩克拉多斯不同，土卫弥玛斯不仅缺乏间歇泉，而且还缺乏动态且年轻的表面。“你看看土卫弥玛斯，它显然在地质上是死的，对吧？”豪伊特说。它覆盖着陨石坑，最著名的是赫歇尔陨石坑，这是一个 80 英里长的凹坑，带有一个突出的中央山峰，使这个凹凸不平的卫星具有了死星的美感。如此鲜明、静态的特征很难与潮汐加热海洋的存在相协调，而潮汐加热海洋之上覆盖着一个薄而不断变化的冰壳。
由于没有任何航天器计划在近期访问土卫弥玛斯，因此已故的伟大的卡西尼号的档案数据为解决这个难题提供了最佳机会。卡西尼号的观测结果令人兴奋。它们表明，与土卫二恩克拉多斯一样，土卫弥玛斯在其轴线上摇摆不定，就像一个失去动量的旋转陀螺。土卫二恩克拉多斯这样做是因为它的冰壳与其较迟缓的下层海洋脱钩。因此，人们认为土卫弥玛斯自身的晃动可能以同样的方式产生。但是，这种可能性与另一种可能性无法区分：土卫弥玛斯可能会被一个足球形的岩石核心保持偏离中心，而不需要任何海洋。
《自然》杂志论文的作者设计了一种方法来区分这两种可能性：他们将检查卡西尼号记录的土卫弥玛斯的轨道漂移。土卫弥玛斯对土星引力的响应会因卫星的内部结构而略有不同，从而导致其绕行星轨道漂移发生独特但细微的变化。“无论是冰壳在海洋上滑动，还是[整个卫星因细长的岩石核心而晃动的情况]，轨道上的信号都会有所不同，”莱尼说。研究人员发现，在卡西尼号停留在土星系统期间，该卫星的环绕轨道漂移了约 10 公里——这一速度与一个未知深度的液态水海洋在 20 至 30 公里厚的光滑冰壳下晃动的情况相符。
永恒的混乱
土卫弥玛斯拥有海洋的发现非常有趣——但该海洋被推断出的年轻性才是在科学界引起震动的原因。“其影响令人深思，因为它们非常令人惊讶，”加州大学圣克鲁兹分校的行星科学家弗朗西斯·尼莫说，他没有参与这项新研究。
土星已经有 45 亿年的历史了，长期以来人们一直认为它壮丽的环也同样古老。但是今天，大多数天文学家都同意，这些看起来年轻的环很可能只有 1 亿多年的历史，这可能是多卫星破坏德比的残余物。将此与土卫弥玛斯拥有不超过 2500 万年历史的海洋的估计值进行对比，这种神秘感就更深了。“它真的很年轻，”尼莫说。这意味着“在太阳系历史的最后 0.1% 中发生了一些特殊的事情”来形成海洋。但那是什么呢？
“真相是，我们不知道卫星的年龄，”莱尼说。也许土卫弥玛斯和其他几颗土星卫星实际上是婴儿，是最近从相互撞击的较老卫星的碎片中新近锻造而成的，正如最近的研究表明的那样。土卫弥玛斯可能和它的海洋一样年轻。
或者，土卫弥玛斯可能形成于大约 1 亿年前，大约在土星环凝聚的时候——或者土卫弥玛斯可能与土星本身一样古老。无论哪种方式，那都意味着它的椭圆形、内部烹饪轨道——部分受到其邻近卫星土卫二恩克拉多斯和土卫三忒提斯引力牵引的塑造——必定是最近才出现的。土卫弥玛斯很可能很古老，而它当前的轨道配置及其伴星是土星系统中真正的——也是暂时的——新来者。
这些可能性强调了一个基本的见解：尽管太阳系目前的有序结构对于人类的计算来说似乎是固定不变的，但它的许多细节都摇摇欲坠，随时可能发生突然的、彻底的变化。对于莱尼来说，土星系统在秩序与混乱之间奇特的平衡是这一更伟大真理的象征。“这个系统一直在进化，”他说，从遥远的过去到现在。
关于土卫弥玛斯上是否存在海洋，“目前，我会认同‘可能’甚至‘很可能’，”西南研究所的行星地球物理学家艾丽莎·罗登说，她没有参与这项新研究。但她指出，她自己正在进行的研究独立地支持非常年轻的海洋的存在。她和她的同事也怀疑，在未来 1000 万年内，土卫弥玛斯持续轨道演化造成的潮汐加热减少将使该卫星更像土卫二恩克拉多斯：它的冰壳将略微增厚，形成全球性裂缝，海洋喷泉将从中涌入太空。
“我认为土卫弥玛斯告诉我们的是，卫星的演化不仅仅是一个持续走向默默无闻的过程，”罗登说。感谢奇特的天体和谐，无论新旧，“有时最奇妙的事物会在最不可能的地方被发现。”