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土卫二是土星的第六颗卫星,覆盖着数英里厚的冰层。下面是液态海洋,它通过南极的一系列裂缝从地表喷涌而出,不断向太空喷射间歇泉。那个间歇泉含有海底通风口、盐水甚至甲烷的痕迹,这表明漆黑的海洋可能含有生命。

加州大学戴维斯分校的地球物理学家麦克斯韦鲁道夫说,月球在太阳系中是独一无二的。他领导的一项新研究发表在《地球物理研究快报》上,对“虎纹”和穿过它们的间歇泉提出了解释。当土卫二在轨道上加热和冷却时,它的冰壳在压力下弯曲,让水溢出到地表。

加热和冷却的循环是由月球本身的运动驱动的。每隔一亿年左右,土卫二围绕土星的轨道形状就会发生变化,从更圆形变为更椭圆形并返回。当轨道更椭圆时,月球被土星的引力挤压得更紧,然后被释放。“它会导致整个冰架被拉​长,就像被揉捏一样,”鲁道夫说。只是冰的轻微起伏就足以加热整个月球并稍微融化外壳。

然后,当月球的轨道变成圆形时,它的地壳再次冷却下来。冰架向下扩展进入隐藏的海洋。鲁道夫说,接下来发生的事情“对于任何曾经将一瓶苏打水放入冰箱的人来说都是显而易见的”。“水结冰时的体积变化会导致压力增加。[在土卫二上],这发生在全球范围内。”

当压力变得太强时,外层的冰会破裂,就像面包的外壳随着柔软的内部膨胀而裂开一样。堆积需要数百万年的时间,但裂缝会在几秒钟内出现,从地表开始,向下射入约 9 英里的地下海洋。

裂缝只能延伸到两极的海洋,那里的冰最薄。“第一个裂缝是在[土卫二的]北极还是南极形成,这是一个偶然的问题,”鲁道夫说。“但一旦发生,它就会引发一系列导致虎纹裂缝的事件。” 该过程可能在每个冷循环中反复发生。

但仅靠压力并不能完全解释间歇泉。根据鲁道夫和他的团队运行的模型,即使是所有新形成的冰也不足以将水挤到地表。土卫二的照片并没有显示液态水从月球光滑的表面溢出的明显痕迹。

在这里,未参与这项新研究的罗彻斯特大学天文学家 Miki Nakajima 描述的一个过程可能会发挥作用。2016 年,Nakajima证明,如果液态水沿着冰裂缝的一部分向上推,它可能会在太空真空中开始自发沸腾。“我们知道表面的裂缝厚度,但我们并不真正知道内部发生了什么,”Nakajima 说。“它可能是一条直线;这可能很奇怪。” 蒸汽无论如何都会逸出,因为即使是最狭窄的裂缝也可能发生沸腾。

任何一条通往海洋的裂缝都不会产生太多的水。在裂缝深处,水可能在沸腾,一个人站在表面上会被细雾包围,而不是喷射。制作人类从太空拍摄的间歇泉需要许多裂缝和管道。Nakajima 说,如果解释是正确的,那么在土卫二上还有许多比老虎条纹更小的裂缝,天文学家还没有足够近地看到。

这就是为什么土星的“海洋卫星”不断向太空喷出液体

其他力量也可能在起作用。溶解的二氧化碳或其他气体会像苏打水中的碳酸化一样冒泡到表面,将水喷射到表面。去年在美国地球物理联盟会议上发表的未发表的工作也表明,水可以通过裂缝中的冰融化释放出来,而不是从被掩埋的海洋中释放出来。

美国宇航局喷气推进实验室的欧罗巴专家 Elodie Lesage 在给《大众科学》的一封电子邮件中写道,没有直接证据表明木星的卫星上有冰火山,尽管木星表面的某些平原看起来可能是液态水的结果,但基于她指出,根据新发现,欧罗巴上任何潜在的冰火山的形成原因可能与土卫二上的完全不同。“液态水似乎不太可能从木卫二的海洋上升到其表面,”她解释道。相反,水袋可以嵌入地壳中,并在它们开始结冰时爆炸,再次“就像有人忘记在冰箱里的一罐苏打水一样”。

卡西尼号太空探测器最后一次调查土卫二是在 2015 年——它在月球表面上方 30 英里处飞行——而欧罗巴冰喷发的数据主要来自遥远的望远镜图像。下一次前往欧罗巴的任务计划于 2024 年发射。“那里发生的一切都不太清楚,”鲁道夫说。

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7079994185612395022

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