如海绵般多孔,土卫二可能有一个十分奇特的内核

星空天文 2017-11-13 16:17:32 阅读:

如海绵般多孔,土卫二可能有一个十分奇特的内核

土卫二的内热,导致了冰壳的部分消融。NASA / JPL-加州理工学院 / 空间科学研究院 / LPG-CNRS / U. Nantes / U. Angers / ESA

土星的第六大卫星——土卫二很有意思。它不但在厚厚的冰层下面,隐藏了一个巨大的全球海洋,而且还会通过冰的裂缝,向太空喷射富含矿物质的汽。

但这些“间歇泉”的成因却是一个谜。土卫二的体积不大,但却是太阳系最亮的天体之一。这是因为它是一个极端寒冷的世界,平均表面温度只有-201°C。它的表面都是冰,这些冰能够反射几乎所有阳光。

然而如此迷你而又如此寒冷,土卫二理应在形成后不久就冻个结结实实。土卫二有一个邻居——土卫一。土卫一的体积和土卫二相仿,它就已经彻底冻结。土卫二为何不也是这样呢?

最近一些天文学家在《自然:天文学》杂志上刊文,向人们展示了一种可能存在的自然加热机制,这种高效率的机制能够让土卫二在数十亿年的时间里免于彻底冻结。

如海绵般多孔,土卫二可能有一个十分奇特的内核

卡西尼拍摄的土卫二南极水汽喷流。NASA/ JPL / 空间科学研究院

一直以来人们以为,是潮汐力让土卫二产生了足够多的热量,使其冰下的海洋得以维持。但是研究表明,仅靠冰壳在潮汐力的揉搓下产生的热量,只够让土卫二的海洋维持大约3000万年。

而这个推测是基于一个前提,即假设土卫二的内核是个实心的岩石球。如果不是呢?天文学家灵感突现,假设土卫二的内核是多孔的,包含20-30%的空间,那么问题好像就解决了。据此建立的模型显示,土卫二在环绕土星运动过程中所受的潮汐力,会对其多孔的内核施以更加明显的影响。岩石之间的摩擦会更加剧烈,产生的热量也要多得多。

多孔带来了另外一个好处,即水能够渗入内核,进入海底岩石的缝隙中。这样,热量就会从岩石内核传递到水中。和内核接触的水温至少能够上升到90°C。

水受热后就会上升,土卫二海底因此出现许多热水出口。模拟显示,单个热水出口释放的能量可达5吉瓦(1吉瓦等于1000兆瓦)。

与此同时,模型还显示,土卫二南极附近的水温上升最为显著。在那里,富含矿物质的热水会从海底上升到冰壳底部。经年累月,土卫二南极冰壳就会变薄。土卫二南极冰壳的厚度大约只有几英里,那里正是许多“间隙泉”出现的地方。而在其它地区,冰壳仍然厚达12至16英里。

如海绵般多孔,土卫二可能有一个十分奇特的内核

土卫二北半球散布着许多环形山,而其南半球,尤其是其南极附近,却几乎没有什么陨石撞击的痕迹。这里分布着许多冰砾和裂缝。裂缝的开合,产生了许多间隙喷发的巨型水汽喷流。这些水汽的来源,则是土卫二深处的一个地下海洋。NASA / JPL-加州理工学院 / SSI / ESA

该机制在大尺度上解释了热量是如何在土卫二内部和土卫二冰壳之间传递的,解释了土卫二地下海洋之所以能够维持至今的原因,同时也解释了为何土卫二南极地区会集中了如此多的活动,正如我们之前在卡西尼的探测数据中看到的那样。

接下来几年中,人们关注的焦点无疑将转向另一个方向,即在这些富含矿物质的热水出口附近,是否有可能存在生命?如果我们未来的探测器能够对土卫二南极喷出的水汽进行分析,寻找其中的有机分子,那么就有机会解开这个谜团。

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