本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
最近阅读科学头条,人们可能会原谅自己,认为我们正在经历一场行星际肠胃不适。
首先,土星的小卫星土卫二继续从其南部冰冷表面的扭曲裂缝中喷射出我们认为是巨大的咸水喷雾——卡西尼号宇宙飞船在过去十年中的大部分时间里都拍摄到了壮丽的图像。其次,就在几周前,有消息称哈勃太空望远镜捕捉到木星的卫星木卫二 似乎也在做同样的事情。探测到气态水羽流从这个冰冷卫星的南部区域(这些天体的南极到底是怎么回事?)喷出,与其85小时轨道的远木点同步。而且,最近,现已停止运行的赫歇尔太空望远镜给我们留下了数据表明矮行星谷神星(或大型小行星,或大型彗核状天体,随便你怎么称呼它,真的)经常从其表面斑块中喷出水。
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那么到底发生了什么?
很大程度上与我们感知和测量整个太阳系现象的能力越来越强有关。但还有一个显而易见的事实,那就是到处都有水,做着各种各样的事情;我们只是以前没有发现它从这些天体中喷射出来。
就直径 1,900 英里的木卫二而言,我们长期以来一直怀疑在其外部冰壳下数十英里处可能存在广阔的液态水海洋。证据一直是间接且多样的,但总而言之,它非常令人信服。
例如,木卫二的表面特征与我们对一个世界的预期非常吻合,这个世界的内部通过岩石核心中的放射性和木星可怕的引力场造成的潮汐弯曲相结合而保持温暖——维持着一个地表下液态水层,其体积可能是地球所有海洋体积的两倍。
有大片'混乱'地形,类似于重新冻结的冰山滚落场。较光滑的区域显示出很少的陨石坑,看起来地质年龄较轻,并且从下方填充。奇怪地凸起、类似肿块的裂缝或线条纵横交错地遍布表面——仿佛冰冷的板块已经张开和闭合,挤出了一些内部物质。此外,在 1990 年代,伽利略号宇宙飞船探测到来自木卫二的感应磁场,这与地表下的电介质物质一致。咸水海洋可以很容易地符合要求,并且还可以留下奇怪的硫酸盐沉积物,现在被探测到,像是木卫二寒冷外部的腮红。
哈勃望远镜发现的水羽流(诚然,它处于探测的边缘)随着木卫二的轨道及其潮汐弯曲而来来去去——与更深海洋的画面完美契合,这种海洋可以渗出,甚至喷发出来,以翻新卫星的外部。看起来木卫二确实已经报告了,让我们得以一瞥那神秘的深渊。
小小的土卫二,直径 314 英里,只有矮行星谷神星的一半大小,其冰冷的间歇泉剧烈喷发,为土星的 E 环提供咸味粒子。这里也一定是富含溶解化合物的地下水在作祟,但我们尚不清楚内部的精确构造。它可能是由与岩石核心接触的上升水流滋养的袋状湖泊,或者是一个真正的隐藏海洋。我们也不明白这个微小的卫星如何能够持续产生这两种情况所需的千兆瓦功率。相当大的放射性衰变和潮汐弯曲似乎是必要的,但很难解释。
对于木卫二和土卫二来说,大量富含矿物质的液态水的可能存在提高了在地球之外找到生命的希望。陆地化学自养微生物(如果你喜欢,可以称之为食岩菌)的类似物可能非常擅长生活在这些地方的黑暗深处。它们是否能在那里起源是另一个问题。
现在我们来说说谷神星,这是一个直径 600 英里的天体,在一条缓和的椭圆轨道上绕太阳运行,其轨道距离太阳约 2.55 天文单位到 2.98 天文单位之间,公转周期为 1,680 天。与遥远的木卫二或土卫二相比,谷神星在水方面处于更加岌岌可危的境地。这是一个可能存在足够太阳热量导致固态冰“沸腾”或升华到太空的区域。目前的数据似乎表明,这种沸腾,就像彗星核的沸腾一样,是谷神星水喷发的更可能的原因——与其最接近太阳的时间相吻合。然而,仍然有可能存在一个内部层,液态水可能存在于其中,被岩石核心加热并被冰冻的地壳隔热,并且容易发生冰火山喷发。
好消息是,2015 年,NASA 的黎明号宇宙飞船将抵达谷神星并在轨道上停泊。这绝对可以算作近年来太空探索最幸运的时刻之一。“黎明号”将确认谷神星的表面成分,并可能直接见证赫歇尔仪器探测到的活跃失水现象。
无论谷神星仅仅表现得像彗星一样,还是在地质物理学上是活跃的,更大的谜题实际上可能是为什么谷神星拥有如此多的本土水,而黎明号之前的宿主,直径 320 英里的小行星/小行星灶神星却没有。灶神星的轨道相似,但成分却大相径庭,显示出过去广泛的加热和火山活动的迹象,这些活动用火成岩淹没了其表面。
最可能的解释是谷神星形成于我们新生太阳系中离太阳更远的地方,获得了更多的冻结水,反过来又改变了其地球物理历史。但要使其到达现在的位置,46 亿年前一定发生了相当大的天体位置混合。人们怀疑外行星经历了一些轨道调整,它们的引力拉力扰乱了我们现在称之为小行星带的天体,但我们不太清楚这是如何发生的。了解谷神星的真正构成将有助于填补更多空白。
因此,太阳系各地水体的喷发不仅仅是行星消化不良的案例,而是了解我们周围一切事物的更深层起源和演化的又一条线索。