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这是土星的卫星泰坦(Titan)。背景为土星,其投下带状阴影的环以及另一颗卫星狄俄涅(Dione)也一同被拍摄下来。这张照片由美国国家航空航天局(NASA)与欧洲空间局(ESA)联合研制的土星探测器“卡西尼号”(Cassini)于2011年5月21日拍摄。
近年来,围绕木星或土星公转的冰岩质卫星内部可能存在由冰融化形成的地下海洋,这一猜想备受关注。典型例子包括观测到羽流(水柱、间歇泉)的土星卫星恩克拉多斯(Enceladus)以及木星卫星欧罗巴(Europa)。
地下海洋之所以受到关注,是因为那里可能诞生了生命。尽管这些海洋被厚达数千米至数十千米的冰层覆盖,无法接收到阳光,但如果存在类似地球海底热液喷口的环境,或许能利用那里的化学物质构建起生态系统。
尽管泰坦上未观测到羽流,但基于卡西尼号任务获取的数据,人们曾推测泰坦也可能存在地下海洋。然而,此次以美国喷气推进实验室(JPL)博士研究员弗拉维奥·佩特里卡(Flavio Petricca)为首的研究团队,通过重新详细分析卡西尼号的数据,发表了泰坦很可能不存在全球性地下海洋的研究成果。
泰坦内部高压冰循环的可能性:冰卫星内部可能有大量冰融化成液态水,形成广阔海洋。支撑这一假说的是“潮汐加热”现象:行星或其他卫星带来的潮汐力使天体内部反复变形,在能量耗散过程中从内部加热天体。
木星卫星艾奥(Io)拥有400多座活跃火山,其热源被认为是潮汐加热。围绕艾奥外侧公转的欧罗巴,也可能因潮汐加热使内部升温,导致冰融化形成海洋。此外,卡西尼号观测到恩克拉多斯活跃喷发的羽流,其冰粒形成了土星环的一部分——E环。
对于泰坦,卡西尼号飞掠时速度的微小变化一直被用作推定其内部结构的线索。探测器与地面基站使用固定频率通信,但当探测器飞掠天体附近时,重力场变化会导致探测器速度略微增减,因此电波会因多普勒效应产生微小频率变化。
通过这些频率变化计算出速度变化,再结合改变速度的重力场信息,就能推定天体的内部结构。佩特里卡团队将新的处理技术应用于卡西尼号电波的多普勒效应数据,降低噪声后,重新探究了频率变化的根本原因——泰坦内部的情况。
结果显示,泰坦内部可能存在强烈的能量耗散。人们可能会认为,若内部产生大量能量,应有更多水融化,但存在地下海洋时,潮汐力导致的能量耗散往往会被抑制,因此此次计算出的耗散强度否定了地下海洋的存在。
研究团队使用有无地下海洋的模型分析泰坦内部结构,得出结论:表面冰壳与中心岩石内核之间很可能是接近..
NASA搭载地震仪的蜻蜓任务可能验证:泰坦内部似乎没有广阔的海洋。此次研究虽指出这种可能性,但并未否定生命存在的可能。据佩特里卡介绍,团队推定高压冰层内部部分融水的温度约为20摄氏度。
这些水可能从岩石内核出发,穿过类似雪葩的高压冰层,向表面冰壳循环输送营养物质。考虑到生命的顽强性,人们不禁抱有一丝期待。此次研究成果或许能在不远的将来得到验证。
NASA计划实施以泰坦表面探测为目标的“蜻蜓”(Dragonfly)任务,预计2028年后发射无人机式探测器。该探测器搭载了地震仪,可能获取有关泰坦内部结构的重要数据。
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