土卫二地下或拥有液态海洋:潜在生命栖息地

2005年,卡西尼飞船观察到土卫二的南极附近存在水汽喷流,在那之后科学家们便怀疑这颗小卫星的地下存在内部的液态水库。而2014年4月4日发表的有关这颗卫星重力场的最新数据分析结果则支持了这一观点,即这颗卫星的地下存在一个隐藏的海洋。有关研究已经发表在《科学》杂志上。
这是一张示意图,展示的是根据美国宇航局卡西尼飞船和深空网测量数据反演的土卫二内部结构图,可以看到在其南极附近区域地下存在一个液态水海洋。有关结果于2014年4月发表在《科学》杂志上
  这是一张示意图,展示的是根据美国宇航局卡西尼飞船和深空网测量数据反演的土卫二内部结构图,可以看到在其南极附近区域地下存在一个液态水海洋。有关结果于2014年4月发表在《科学》杂志上
卡西尼飞船拍摄到的土卫二南极地区水汽喷流
卡西尼飞船拍摄到的土卫二南极地区水汽喷流

  据美国宇航局网站报道,卡西尼飞船和深空探测网的数据证实土卫二的冰层下方拥有一个巨大的海洋,这一发现进一步增强了它作为潜在外星生命栖息地的可能性,引起科学家们关注。

  2005年,卡西尼飞船观察到土卫二的南极附近存在水汽喷流,在那之后科学家们便怀疑这颗小卫星的地下存在内部的液态水库。而2014年4月4日发表的有关这颗卫星重力场的最新数据分析结果则支持了这一观点,即这颗卫星的地下存在一个隐藏的海洋。有关研究已经发表在《科学》杂志上。

  土卫二的重力场研究数据显示这颗卫星可能拥有一个大型的,或许是区域性的地下海洋,其深度约6英里(10公里),这个海洋位于19~25英里(30~40公里)厚的冰层之下。这一线索增强了一种观点,即土卫二是太阳系内最有可能存在微生物生命的星球之一。在2004年7月卡西尼飞船抵达土星之前,在任何一份可能存在生命的太阳系天体名单中都不会包括这颗小卫星,它的直径只有300英里(约合500公里)。

  美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的萨米·阿斯玛尔(Sami Asmar)是论文的合著者,他表示:“我们测算引力场变化的方法在物理学中称作多普勒效应,这与雷达测速所使用的原理是一致的。”他说:“当卡西尼飞船飞过土卫二时,它的飞行速度会受到土卫二引力场的影响,通过观测这种影响大小我们便能反过来推算土卫二的引力场状况。我们通过测控无线电波频率的变化可以得到飞船速度变化的信息。”

  加州理工学院的大卫·史蒂文森(David Stevenson)也是这项研究的论文合著者之一,他补充道:“这将帮助我们理解为何水会从南极地区的裂隙中喷射出来。”

  迄今卡西尼飞船已经19次飞越土卫二上空,其中2010年至2012年期间的3次飞越过程记录下了精确的轨道路径。天体的引力作用,如土卫二的引力作用会改变飞船的飞行路径。天体重力场的变化,如星球表面的山脉或地下物质成分的不同也可以从飞船速度发生的改变中推算出来。

  针对卡西尼飞船与美国宇航局设在地球上的深空探测网之间的无线电信号,现有的技术可以测算出每小时1英尺(每秒90微米)尺度的速度变化。在这一精度下,卡西尼的飞越数据显示土卫二南极附近的地下区域拥有相比其内部其他区域更高的密度。

  土卫二的南极地区有一个凹陷地区,这导致其重力场在此处出现下降。然而,考虑到这一凹陷区域的规模,这种重力场的减弱程度低于预期,这就让科学家们怀疑这一凹陷导致的负面效应被一个隐藏在这一地区下方,拥有更高密度的物质所部分抵消。

  论文第一作者,意大利罗马大学的鲁西阿诺·艾斯(Luciano Iess)表示:“卡西尼重力场测量结果表明在土卫二南极地区存在负的重力异常,但对比卡西尼的相机拍摄到的这一地区凹陷的规模,我们认为这一重力负异常的程度太小了。因此我们认为这一地区的下方必定还存在某些密度更高的物质,部分抵消了有关异常。这很有可能是液态水,液态水的密度要比水冰高出大约7%。这种重力异常的差异规模能让我们推测其下方水体的量。”

  目前为止科学家们还无法确切地认定这个地下海洋便是供应此前所观察到的南极地区水体喷流的源头,但他们认为这一可能性非常高。随着这颗小卫星围绕土星运行,其距离不断发生变化,在此过程中其受到的潮汐力差异会在其内部产生热量,而这些裂谷很有可能就通向这样的受热区域,那里存在液态水。

  就土卫二上存在水柱的发现,科学家们对此感到兴奋的很大一部分原因是它代表了一种可能性,即这颗星球有可能会是适合微生物生存的地点。

  喷气推进实验室的卡西尼项目科学家琳达·斯派克(Linda Spilker)表示:“土卫二南极地区喷发的水体中含有盐水和有机物分子,这是构成生命体的基础化学物质。”他说:“他们的发现扩展了我们对于太阳系乃至其他恒星周围行星宜居带的认识。此次有关在土卫二的南极喷流下方可能存在液态海洋的证据进一步推进了我们对这一有趣环境的认识。”(晨风)