天文学家在土星一发现内部海洋的证据

美国西南研究所的一名冰卫星地球物理学专家艾莉莎·罗登（Alyssa Rhoden）博士原本想证明土星最内层的微小卫星，土卫一（Mimas）是一颗冻结的惰性卫星，但却发现令人信服的证据，证明土卫一有一个液态的内部海洋。 在美国航天局空卡西尼号（Cassini）任务的最后几天，它在土卫一自转中发现一种奇怪的振动或振盪，这通常显示一个地质活跃的物体能够支撑内部海洋。 如果土卫一有海洋，它代表一类新的小型隐形海洋世界，其表面不会暴露海洋的存在。

过去二十五年来行星科学最深刻的发现之一是，在我们的太阳系中，在岩石和冰层之下有海洋的世界很常见。 这些世界包括木卫二（Europa）、土卫六（Titan）和土卫二（Enceladus）等巨大行星的冰卫星，以及冥王星等遥远行星。 像地球这样具有表面海洋的世界必须位于距恒星很窄的距离范围内，以维持支持液态海洋的温度。 然而，内部水海洋世界的发现距离范围更广，大大增加了整个银河系中可能存在的适宜居住世界的数量。

罗登说：「由于土卫一的表面有很多陨石坑，天文学家曾经认为它只是一块冰冻的冰块。 隐形海洋世界，例如：土卫二和木卫二，往往会断裂并显示出其它地质活动迹象。 事实证明，土卫一表面欺骗了我们，新的认识大大扩展太阳系中潜在可居住世界的定义。”
潮汐过程将轨道和旋转能量作为热量消散在卫星中。 为了匹配从土卫一的天平动（libration）推断出的内部结构，卫星内部的潮汐加热必须足够大以防止海洋结冰，但又要足够小以维持厚厚的冰壳。 使用潮汐加热模型，研究团队开发了数值方法，为液态海洋上二十二到三十二公里厚的稳态冰壳建立最合理的解释。

罗登说：「大多数时候，当我们建立这些模型时，必须对它们进行微调以产生符合观测到的现象。 这一次，内部海洋的证据刚刚从最真实的冰壳稳定性场景和观察到的振动中弹出。」

研究小组还发现，来自表面的热流对冰壳的厚度非常敏感，探测宇宙飞船可以验证这一点。 例如，朱诺号（Juno）计划飞越木卫二，并使用其微波辐射计测量这颗木星卫星的热流。 随着美国航天局的木卫二快船（Europa Clipper）即将于2024年发射，这些数据将使科学家能够了解热流如何影响海洋世界的冰壳，例如土卫一。

罗登说：「尽管我们的研究结果支持土卫一内存在海洋，但要将它的轨道和地质特征与我们目前对它的热轨道演化理解相协调是一项挑战。 评估土卫一作为海洋卫星的地位将为它的形成和演化模型提供基准。 这将有助于我们更好地了解土星环和中等大小的卫星，以及潜在可居住的海洋卫星的普遍性，特别是在天王星。 土卫一是一个引人注目的继续调查的目标。」

【图：美国太空总署;文：节译自美国西南研究所2022年1月19日新闻公布】研究全文将会刊登在2022年4月由美国天文学会行星科学部出版的《伊卡洛斯》期刊 标题是：The case for an ocean-bearing Mimas from tidal heating analysis

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