土卫六地壳下隐藏海洋的迹象

土卫六自转的滑动表明其表面和核心之间存在水——以及在土星最大卫星上存在古老生命的更高可能性


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天文学家对太阳系第二大卫星土卫六的想象曾经是一个巨大的游泳池。但也许他们应该想象成一个水床。

去年,研究人员报告说,卡西尼号飞船对土卫六的雷达测绘发现,2004年10月至2007年5月期间,该卫星表面地标发生了高达19英里(30公里)的特殊位移。

现在,研究人员表示,最好的解释是月球范围内的地下海洋,它将土卫六的冰壳与其岩石内部断开连接。

马里兰州劳雷尔市约翰霍普金斯大学应用物理实验室的卡西尼号科学家拉尔夫·洛伦兹说:“我们认为该结构是大约 100 公里的冰层,位于全球水层之上……可能厚达数百公里。”

如果得到证实,土卫六将成为太阳系中第四颗被认为含有这种内部水海洋的卫星,另外三颗是木星的卫星木卫三、木卫四和木卫二。研究人员认为,卫星核心的放射性产生的热量或引力挤压可能会融化一层冻结的水。

在土卫六、木卫三和木卫四上,液体将被夹在两种不同形态的冰之间,一种漂浮在水面上,另一种则下沉。天文学家认为,在四个天体中,木卫二有一个更大更热的核心,它直接与位于薄冰层下的海洋相邻。

一个隐藏的水层将进一步丰富土卫六令人印象深刻的履历:土卫六的直径大于地球的卫星和水星,是太阳系中唯一拥有真正大气层的卫星——一种由氮气支撑的致密旋转雾,其中含有甲烷和乙烷组成的碳氢化合物云。

几十年来,研究人员怀疑其零下 290 华氏度(零下 180 摄氏度)的寒冷表面温度会导致碳氢化合物在其表面汇集成一个巨大的海洋。但在 2004 年 10 月卡西尼号首次飞掠期间,其雷达仪器没有探测到跨越整个表面的海洋,只探测到卫星北极附近的甲烷湖。

土卫六地质特征的变化很奇怪,因为该卫星以同步轨道围绕土星运行,这意味着它始终以同一面朝向土星。“土卫六以异步方式旋转有点不太可能,”洛伦兹说。

他和他的同事在《科学》杂志上撰文,将地质位移与土卫六大气层推挤地表山脉的模型联系起来。

地壳的确切厚度是该小组土卫六模型的重要组成部分,但尚不清楚。根据 Menrva 撞击陨石坑的尺寸,他们估计厚度约为 60 英里(100 公里)。

这将使地壳比木卫三或木卫四的地壳薄,后者的海洋被认为位于多达 125 英里(200 公里)的岩石和冰层之下。为了让土卫六的假定海洋在距离热核如此遥远的地方保持液态,研究人员认为它必须含有氨。

对于观察到的位移可能还有其他解释。在随附该报告的一篇社论中,加利福尼亚理工学院(加州理工学院)喷气推进实验室的行星科学家克里斯托夫·索坦和法国南特大学的加布里埃尔·托比指出,土卫六自转的周期性摆动,或者不太可能的是最近的小行星撞击,也可能解释这一发现。

加州理工学院的行星科学教授大卫·史蒂文森表示,海洋解释仍然是最合理的。“在以水冰为主的世界中,只要有足够的热量,这是一种完全自然的事情,”他说。

他补充说,不太清楚的是海洋的深度。地壳的运动可能取决于其他尚未被充分理解的因素,例如季节性天气模式以及地壳和核心之间的引力。

幸运的是,该小组的模型是可测试的。它预测土卫六的自转速度将在未来一两年内加快,然后放慢——这可以通过后续的卡西尼号飞掠来测量。

一如既往,水的可能性导致了对潜在生命的讨论。研究人员推测,土卫六可能很久以前就孕育了生命或其构建模块,这是由阳光与大气中的碳和氢发生反应催化形成的。

然而,专家们认为木卫二是一个更好的候选者,因为假定的海洋与核心之间存在接触,这将提供稳定的热能供应。

洛伦兹和他的同事指出,土卫六的海洋可能会被冰火山活动或来自下方的较温暖(但仍然寒冷)的水涌动所搅动。洛伦兹说,水的加入使土卫六“在天体生物学上非常有吸引力”。

史蒂文森本人仍然认为木卫二更适合生命。他同意土卫六是研究导致生命的化学反应的有吸引力的天然实验室,但就能源而言,滚烫的岩石“比冰要好得多”。

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