震动！除地球外，太阳系惊现多片液态海洋

liukang20247小时前166吃瓜488

木星和土星的卫星上好像躲藏着地下海洋，使得这些卫星成了人们寻觅地外生命的诱人方针。至于为什么卫星上有海洋存在，至今仍是未解之谜。

对人类而言，地球是仅有一颗已知的，由海洋掩盖的星球，好像与任何其他的国际岛屿都不同。

但1979年，美国国家航天局的两艘旅行者号飞船飞掠木星。观测到了木星的卫星——木卫二。这是一个冰封王国，星球外表沟壑布满，满是裂缝。这样的地貌暗示其表层之下或许躲藏着某种地质运动。

加州大学圣克鲁斯分校的行星科学家弗朗西斯·尼莫（Francis Nimmo）标明：“旅行者号飞掠木星后，人们开端置疑这颗古怪的卫星——木卫二上或许存在海洋。”

随后，1996年，美国国家航天局的伽利略木星勘探器飞掠木卫二时，勘探到了来自其内部的独特磁场。“其时，咱们不明白那是什么。”加州大学洛杉矶分校的空间物理学家玛格丽特·基韦尔森（Margaret Kivelson）标明道，玛格丽特女士担任飞船磁力计。终究，玛格丽特及其科研团队意识到，在木卫二内部，或许存在导电流体，该流体在木星巨大的磁场的效果下发生了涌动。基韦尔森标明：“仅有合理的解说便是：冰层下有一层熔融态的壳层。”

2004年，美国国家航天局的卡西尼号土星勘探器抵达土星。一经观测到土星的小卫星——土卫二，便发现了从卫星南极的巨大裂缝中喷宣告的闪闪发光的羽状冰体。卡西尼号土星勘探器穿过这些喷口，勘察到了确凿的依据，证明这确实是一片正在猛烈地向太空喷射海水的咸水海洋。

现在，地球海洋不再绝无仅有。地球上的海洋仅仅有些独特算了，地球海洋存在于阳光照得到的地表，而太阳系外层行星的海洋则躲藏于冰层下，处于黑私自。看来，地下液态海洋在太阳系中普遍存在，而非特例。除了木卫二和土卫二，也极有或许存在其他卫星，卫星上有被冰层掩盖的海洋。未来十年，将有一系列勘探器细心探究这些卫星。

可是，上述现象引出了一个显着的悖论，那便是，这些卫星在太阳系严寒的边际存在了数十亿年之久；按理说，卫星构成时剩余的热量早已逸散到太空中了。既如此，任何地下海洋现已应结成了固态冰。那么，这些照不到太阳的冰冻卫星，为何至今仍具有液态海洋呢？

越来越多的依据标明，或许有多种办法让海洋在数十亿年内坚持液态。这些办法一经破解，就将会有或许加快人类探究国际中生命来源的进程，并使咱们了解该进程的难易程度。新近剖析的来自前期航天器的数据、美国国家航天局的朱诺号(Juno)航天器和韦布空间望远镜的最新观测成果，都在不断加强现有的依据。即，这些温暖的海洋中含有对生物有利的化学物质。这标明，内太阳系并不是仅有或许孕育生命的当地。

这些存在海洋的卫星还供给了更为巨大的或许性。那便是，温文、潜在宜居的海洋或许是行星构成的必定成果。行星及其卫星与恒星核聚变焚烧的火焰之间的间隔或许并不重要。假如确实如此，那么，咱们在寻觅地外生命的过程中，或许要探究无限的星球。

“冰层下的海洋好像很古怪，是不太或许存在的，”美国国家航天局喷气推动实验室的天体生物学家兼地球物理学家史蒂文·万斯（Steven Vance）说道，“可是，这些外星海洋依然坚强地坚持液态。”

一片裹在镜面里的海洋

科学家们置疑，木星和土星的几颗卫星，乃至天王星和海王星的几颗卫星，都或许具有海洋。勘探器在体积巨大的木卫三和陨石坑遍及的木卫四上，感应到了相似木卫二的弱磁信号。相同，被雾笼罩的土卫六上也极有或许存在一片液态的地下海洋。普渡大学行星科学家迈克·索里（Mike Sori）标明：“上述几颗卫星是科学界大多数科学家都一起有决心，以为能发现液态海洋的五个天体。”

加州大学洛杉矶分校的空间物理学家玛格丽特·基韦尔森及其搭档们确认，木卫二外表下很或许躲藏着一片全球性海洋。

迄今为止，仅有肯定确认存在海洋的卫星便是土卫二。“这一现实毋庸置疑。”牛津大学行星科学家卡莉·豪威特（Carly Howett）如是说。

20世纪80年代，有的科学家置疑土卫二会发生羽状喷流。土星的E环反常洁净亮堂，阐明一定有什么来自土星卫星的物质正不断走漏到太空中。卡西尼号土星勘探器总算见证了这种让土星光环熠熠生辉的法力是怎么发生的。随后，科学家们曾时刻短地质疑过，土卫二南极的羽状喷流是否或许是土卫二外壳的冰被阳光汽化所造成的，就像是干冰受热蒸腾相同。

“有段时刻，人们争辩海洋是否真的存在，”尼莫（Nimmo）说道。“卡西尼号土星勘探器穿过喷流时，勘探到了盐，即氯化钠。由此，真实确认了海洋的存在。” 还有其他或许，比方这些喷流是从一个更小的、孤立的海洋中喷宣告来的。但卡西尼号土星勘探器进一步的调查提醒，土卫二冰壳的摇晃起伏是如此之大，以至于冰壳和星球内部之间必须由一片掩盖全球的海洋离隔，才说得通。

“这些喷流还排出氢和石英，这是深海热液喷口活动的痕迹。”柏林自在大学行星科学家弗兰克·波斯特伯格（Frank Postberg）如是说。在地球上，诸如此类的喷口开释热量和化学物质，以坚持生态体系正常运作。该生态体系坐落阳光照耀不到的深海中。科学家们一度以为，在这个依靠光合效果而生的的国际里，这些生物群落是不或许存在的。

可是，终究是什么在为这个足以加热整个海洋的喷口体系供能呢？——另一颗火热无比卫星将会供给一些头绪。

永久的、地狱般的潮汐

1979年6月，就在旅行者2号飞掠木卫二的一个月前，科学家们宣告：旅行者1号现已瞥见木卫一上空巨大的、伞形羽状喷流——这是几座火山喷射的印记。

这一调查本应令人困惑，由于火山活动需求内部热源。而木卫一，正如其他冰封卫星相同，本应只留余烬。但就在几个月前，一支独立的科考队正确猜测到木卫一或许是一个极度活泼的火山国际。

这队科学家是根据木星最大的卫星——木卫一的轨迹运动而进行的猜测。木卫一每走完四个轨迹，木卫二就会走完两个轨迹，木卫三同时会走完一个轨迹。这种轨迹装备被称为共振状况。该运转方法导致木卫一前后摇晃，使其运转轨迹呈椭圆形。木卫一离木星更近时，遭到木星的引力更强；离木星更远时，遭到的引力就会变弱。这种永不暂停的引力拉扯会使木卫一外表的岩石像地球上的潮汐相同上下移动，上下移动的起伏约100米，相当于30层楼高。该潮汐现象和地球上的潮汐现象原理一起，只不过，木卫一上翻涌的是固态的岩石，而不是水。

岩石潮汐在卫星内部的冲突发生了热量，足以加热消融木卫一内部深处的岩石。“木卫一没有水相海洋，但或许有一个岩浆海洋。”尼莫说道。（伽利略木星勘探器还勘探到了木卫一的次级磁场，该磁场是由遍及木卫一的地下熔岩储层发生的。）

木卫二也阅历了潮汐加热现象。可是，这些潮汐详细能给海洋供给多少热量，取决于潮汐在卫星内部发生的方位。也便是说，需求有满足的热量传导到海洋中，才能使海洋坚持液态。“潮汐加热现象或许发生在冰壳自身的方位，也或许发生在冰壳下方的岩石中心的方位。”尼莫说道。科学家们不知道哪个才是潮汐发生的方位，所以也无从确认潮汐加热现象对坚持木卫二内部呈液态的效果详细有多大。

土卫二也与相邻的土卫四跳起了“引力探戈”，它们之间的引力彼此拉扯，使其不断拉伸和揉捏。理论上，这或许会发生使卫星内部变暖的潮汐。可是，至少在理论层面来说，土卫四共振发生的潮汐，还不足以解说海洋的存在。索里（Sori）以为，现有的数字还无法解说该现象。而且，发生的热量也不足以坚持一片全球性海洋长达数十亿年之久。或许，土卫二的海洋坚持液态的原理就像木卫二相同。只可惜，科学家们还不太清楚土卫二内部的潮汐终究是在星球上的哪个方位开释热量的。

还有一个令人困惑的要素便是，轨迹在地理时刻尺度上并非固定不变。跟着行星体系的演化，卫星也会搬迁。“当星体在不同共振中漂移的时分，潮汐加热现象能够随之敞开或中止。”英国敞开大学的行星科学家大卫·罗瑟里（David Rothery）如是说。科学家置疑，这种状况也发生在天王星的两颗卫星天卫五和天卫一上，这两颗卫星从前或许是共振的伴星。这些卫星看起来从前有活泼的地质运动，但现在，其间心或许早已冻住了。

相同，土卫二或许并非从头到尾与土卫四互为伴星：或许两者环绕土星运动的时刻并不长，仅仅近期才开端运动，使之前固态的卫星变暖。但这种状况相同难以解说。索里以为：“坚持海洋的存在，比冻住再消融一片海洋简单多了。”因而，假如潮汐加热现象是土卫二海洋存在的仅有原因，那么这颗卫星就已是一位舞了数十亿年的“资深舞者”了。

现在，咱们仅能确认这颗卫星上存在海洋。至于海洋是怎么构成的？又怎么存在至今？索里标明：“土卫二令人捉摸不透，这是严重未解之谜之一。”

放射性的叛逆者

走运的是，卫星内部的温暖并不彻底依靠于潮汐。

地球内部的热量，一半来自其诞生之时。另一部分热量则来自放射性元素的衰变。相同，冰卫星的深处岩石布满，所以也应该含有很多的铀、钍和钾。以上放射性物质在衰变成安稳元素，中止开释热量之前，能够为周围环境供给数亿年、乃至数十亿年的热源。

体积更大的卫星在构成之初就具有更为丰厚的放射性物质储量。或许，这便是卫星上的海洋所需的能量。“关于像木卫三、木卫四和土卫六这样的大卫星来说，由于这种放射性物质的要素，海洋简直是必定存在的。”万斯说道。一些科学家乃至以为冥王星上也存在一片地下海洋。正如这三颗卫星相同，冥王星这颗矮行星或许被一个满足厚的地壳所阻隔，然后减缓了这个“放射性的大熔炉”向太空开释能量的速率。

可是，像土卫二这样体积相对来说较小的卫星，其间心所含的放射性物质不足以坚持数十亿年之久的温暖。针对这个难题，有个不尽人意的答案是：或许土卫二纯属走运：放射性物质能够解说其海洋前期的部分前史，而土卫二与土卫四的共振则是更为近期的事情。或许“咱们现在正处于一个转折点，放射能加热的比重变得如此之低，以至于潮汐加热效应接过了加热海洋的接力棒。”波斯特伯格（Postberg）如是说。

若是确实如此，那么土卫二或许便是国际的一个缩影：该卫星将潮汐加热和放射能加热偶然地结合在一起。这意味着，有海洋掩盖的卫星或许无处不在。反之，若非如此，则简直无处可寻。

年青的海洋

一些科学家提出了另一种颇具争议的观念——土卫二或许十分年青。

卡西尼号土星勘探器搜集的很多数据中躲藏着这样的头绪：土星并非天生就具有其标志性的光环。相反，许多科学家现在信任，这些光环是在几亿年前才构成的。最新研讨使用超级计算机模拟了卫星之间的磕碰，发现土星的光环是两颗陈旧的卫星相撞时构成的。那时，地球正处于剑龙日子的年代。这场磕碰在土星的轨迹上散落了很多冰块碎片；虽然其间许多碎片组成了土星的光环，而其他碎片则击碎了现有的卫星并发明了新的卫星。假如光环年青，那么土卫二及其他几颗卫星则或许也很年青。

“人们好像越来越乐意承受卫星很年青这个观念了。”加州山景城美国国家航天局艾姆斯研讨中心的研讨员雅各布·凯格雷斯（Jacob Kegerreis）如是说。雅各布也是“近期成环研讨”的一起作者之一。

风趣的是，现实标明，科学家们乃至不知道土星的一些卫星到底有多老。“土卫二或许只要几亿年或几千万年的前史，”罗瑟里（Rothery）说道。假如确实如此，那么土卫二炽烈诞生时发生的热量或许仍正使这片年青的海洋坚持液态。

但关于卫星年青化的说法远未得到证明。许多卫星上有很多陨石坑，这标明，这些卫星阅历过太阳系中各个星体像弹珠相同紊乱碰击的年代，已然存在了许多纪元。“我确实以为，几亿年前，土星体系中发生了一些古怪的现象，”尼莫说道，“但我猜，一切卫星的年纪都是45亿年。”

卫星先知们

伽利略木星勘探器和卡西尼号土星勘探器早已达到使命。科学家们现在寄期望于两个新的航天勘探器上：一个是欧洲空间局最近发射的的冰质木卫勘探器（JUICE）；另一个是美国国家航天局即将发射的木卫二快船（Europa Clipper）。这两个勘探器将在下一个十年之初抵达木星。

这把咱们再次带回木卫二的论题，正是这颗卫星最早迫使人们从头幻想地球海洋的国际布景。

据使命方针清单，木卫二快船的方针之一是“证明”木卫二海洋的存在。尼莫标明：“关于‘证明’这个词，争议颇多。”木卫二快船或许会发现除了海洋以外的其他物质，比方，或许会发现一个遍及着融水坑的冰封海洋。尼莫恶作剧说：“木卫二快船还或许会发现一层薄薄的金子。不过，我有99%的掌握证明木卫二上有一片海洋。”

假定木卫二快船证明了海洋的存在，快船便将开端研讨该卫星及其地下海洋的特性。为此，木卫二快船首要会搞清楚木卫二外表存在哪些分子。走运的话，还能够澄清海洋里的分子构成。当快船飞掠卫星时，将吸收卫星外表飘过的的任何微尘、冰晶或水蒸气。快船装备的外表尘土剖析仪将会研讨这些微粒。当微粒碰击其金属板时，微粒会汽化并带有电荷，然后便利剖析仪提醒这些微粒的化学性质。

人们期望木卫二的海洋会温文地向太空中开释喷流，由于这将使木卫二快船的勘探使命变得简单得多。木卫二上或许存在这样的羽状喷流，但不同于土卫二，这些喷流或许是间歇性、地域性的，或许压根就没有喷流。假如是这样的话，人们期望细小的陨石碰击能够剥离冰壳，开释出少量海洋成分，并喷射到木卫二快船上以供检测。

成果或许是，木卫二和其他卫星在坚持温暖方面依靠的化学反应并不像咱们预期的那样生疏。索里说道：“在冬季，咱们会撒盐来下降雪的融点。”或许，木卫二的海洋盐度极高，下降了冰点。“不过，还有其他化合物能够更有效地避免冻住——特别是氨。”索里说道。氨在远离太阳光辉，不易被蒸腾的当地储量更为丰厚。

潮汐、辐射能、化学和年青：当以上要素正确地组合在一起时，能够在这些严寒的卫星上发生并坚持液态海洋。豪厄特（Howett）以为：“上述要素不该是非此即彼的。”每个卫星所详细具有的要素或许是不同的，也便是说，构成一颗充溢海洋的冰冻卫星，或许有数百种方法。

基韦尔森标明：“木卫二隐秘海洋的发现固然改动了人们对卫星的观念。”促进科学界踏上了一条确认外星生命是否或许存在于外星海洋中的探究之路。而且，或许带来一项新的发现，永久改动咱们关于人类在国际中的定位的观念。

作者：Robin George Andrews

翻译：边颖

审校：*0

原文链接：These Moons Are Dark and Frozen. So How Can They Have Oceans?

修改：利有攸往

翻译内容仅代表作者观念

不代表中科院物理所态度

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