[科普中國]-宜居星球？土衛(wèi)二地下海水或已“保溫”數(shù)十億年

如果從土衛(wèi)二南極上空飛過，你會見到一幅無比壯觀的圖景。這顆被冰雪覆蓋的衛(wèi)星時常向太空中噴出一股股羽狀噴流，說明土衛(wèi)二存在全球性的地下海洋?？茖W(xué)家一直無法解釋這么小的衛(wèi)星哪來維持液態(tài)海洋所需的能量，但一項新研究顯示，答案也許與土衛(wèi)二內(nèi)核的多孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。數(shù)十億年來，土衛(wèi)二上的水從未干涸過，說明它也許是一顆宜居星球。這項發(fā)表在《自然天文學(xué)》（NatureAstronomy）上的新研究首次分析了擁有巖質(zhì)內(nèi)核的土衛(wèi)二產(chǎn)生持續(xù)地熱活動、為地下海洋保溫的機制，關(guān)鍵在于，該研究采用的3D模型顯示，這一過程可能已持續(xù)了數(shù)十億年。并且為維持該過程，其內(nèi)核必須濕潤而多孔。對尋找外星微生物的天體物理學(xué)家而言，這項觀測結(jié)果無疑是個好兆頭。土衛(wèi)二直徑約500公里，完全被冰殼覆蓋。冰層最厚處約為20至25公里，但在南極的最薄處則僅有幾公里。正是在冰層較薄的南部地區(qū)，我們發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)二的“間歇泉”現(xiàn)象，水蒸氣和冰粒時常從冰層裂隙中噴出，有些冰粒中還含有簡單有機物。土衛(wèi)二的確在將自己的海洋噴入太空之中。多虧卡西尼號探測器，我們知道了這些蒸汽中含有鹽和硅石粉塵。但要保有這些物質(zhì)，海洋底部的溫度必須極高。有了卡西尼號的探測結(jié)果，我們了解到土衛(wèi)二的液態(tài)海洋與溫暖的巖質(zhì)內(nèi)核的交界處正在發(fā)生某些重要的化學(xué)反應(yīng)。“只有規(guī)模驚人的熱能（超過兩百億瓦）才能解釋這些觀測結(jié)果，此外還需要一種位于南極附近的內(nèi)核活動機制?！痹撗芯孔髡邔懙馈Ｄ壳拔覀冞€不清楚土衛(wèi)二如此驚人的能量從何而來。該過程所需熱量高達內(nèi)核巖石放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生熱量的100倍。也許土衛(wèi)二的宿主行星——土星承擔了大部分工作。土衛(wèi)二沿一橢圓軌道圍繞土星轉(zhuǎn)動，引力的持續(xù)推拉造成了潮汐效應(yīng)，使土衛(wèi)二的內(nèi)核物質(zhì)相互摩擦，從而產(chǎn)生熱量。但這也不足以抵消通過海洋散發(fā)的熱量。按科學(xué)家掌握的全部情況來看，土衛(wèi)二應(yīng)該僅堅持了3千萬年就徹底凍結(jié)成冰了才對。然而，如今的土衛(wèi)二仍然水分充足、活動頻繁，因此必然存在另一種機制。為找出事件真相，一支由法國南特大學(xué)加埃勒·舍布雷（Ga?lChoblet）領(lǐng)導(dǎo)、由美國和歐洲科學(xué)家組成的研究團隊借助一系列3D模擬、對土衛(wèi)二內(nèi)部情況展開了分析?！巴列l(wèi)二究竟是如何持續(xù)獲取能量、保持活躍狀態(tài)的？這向來是個未解之謎。但如今我們開始更加詳細地思考，土衛(wèi)二巖質(zhì)內(nèi)核的結(jié)構(gòu)與組成究竟在產(chǎn)生所需能量的過程中扮演了怎樣的關(guān)鍵作用?！鄙岵祭字赋?。根據(jù)其研究模型，只有當土衛(wèi)二的內(nèi)核由不堅固、易變形的多孔巖石構(gòu)成時，才可能維持目前的液態(tài)海洋。如果這些孔狀結(jié)構(gòu)占據(jù)了內(nèi)核的20%至30%，冰冷的液態(tài)水便可涌入內(nèi)核，并由潮汐效應(yīng)引發(fā)的摩擦加熱（核心水溫可達363開爾文，即90攝氏度）。當這部分海水溫度高于周圍海水時，便會向上運動、并從冰層縫隙中噴出，類似于地球上的海底熱泉。這一過程不斷重復(fù)，形成某種意義上的水力循環(huán)。每過2500萬年至2.5億年，土衛(wèi)二的全部海水便經(jīng)由內(nèi)核加熱一遍。最驚人的是，該模型顯示，這一過程可持續(xù)數(shù)十億年之久。NASA天體物理學(xué)研究所科學(xué)家克里斯托弗·格倫（ChristopherGlein）指出，這項研究解答了一個重要問題：如何在一顆小型冰質(zhì)衛(wèi)星內(nèi)部建立地熱系統(tǒng)。“相比以往，我們將觀測與理論，化學(xué)與物理結(jié)合得更加緊密，從而更加全面地了解了土衛(wèi)二的運作機制?！备駛惤忉尩?，“一顆外星球上的地熱系統(tǒng)能夠為生命提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)，我一想到就激動不已。這項研究進一步證明土衛(wèi)二將是本世紀太空探索的熱門目標?！?img src="https://img-xml.kepuchina.cn/images/newsWire/pkjOL2rfkBoIX7sjrW4B58IVzuFyaK3OqKFr.jpg" alt="" />的確，除了溫暖的海水、有機分子、以及其它的生命“必備組件”之外，土衛(wèi)二的海洋出現(xiàn)至今也許已有數(shù)十億年，理論上而言，這么長的時間已經(jīng)足夠產(chǎn)生簡單微生物了。但在進一步探索土衛(wèi)二之前，我們還無法暫下定論?！斑@些科學(xué)家做了一項偉大的工作?！笨的螤柎髮W(xué)天體物理學(xué)與行星科學(xué)研究中心的天文學(xué)家喬納森·魯寧（JonathanLunine）表示，“在多孔、濕潤的內(nèi)核中產(chǎn)生的潮汐熱很能說得通，確實能給海水加熱?！盢ASA太空科學(xué)與工程部門項目主管亨特·懷特（HunterWaite）也肯定了這種理論，并提到了他今年早期擔任共同作者的一項研究：“巖質(zhì)內(nèi)核中產(chǎn)生的潮汐熱是地熱活動與氫氣制備的重要組成部分，我們在《科學(xué)》上發(fā)表的那篇探討分子氫制備的論文中也討論了這一點?！辈贿^，雖然這項新研究解釋了土衛(wèi)二的液態(tài)全球性海洋、內(nèi)部產(chǎn)熱、南極冰層較薄的現(xiàn)象、以及地熱活動，但并未解釋為何土衛(wèi)二北極區(qū)域存在遍布撞擊坑的遠古冰層。而按該模型的預(yù)測，土衛(wèi)二兩極的冰層都應(yīng)當相對較薄。因此仍有奧秘尚未解開，我們?nèi)孕栝_展進一步研究。（編輯：p_vhehwang）