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NASA:卡西尼号证实土卫二拥有全球性液态水海洋

2015-09-21 13:21:28 来源:新浪科技 编辑:

  16日美国宇航局官网公布了一则消息,利用目前在土星轨道上工作的卡西尼号发回的数据,科学家确认土卫二“恩克拉多斯(Enceladus)”表面冰层下方,有一个全球性的液态水海洋。这一消息公布意义重大,使得土卫二和同样拥有全球性液态水海洋的木卫二一样,存在生命的可能性大增。

  研究人员发现土卫二绕土星公转时,发生了轻微幅度的振荡,这一现象只能解释为土卫二表面的冰层并不是与下方的岩石内核冻结在一起的,在这之间有一层全球性的海洋。

  土卫二的分层结构,最内是由岩石,硅酸盐等组成的核心,最外是水冰等组成的冰壳,冰壳与岩石核心之间是一层由水组成的全球性海洋,海底有地热产生的热泉,不断从南极附近喷射出物质

  此前卡西尼号观测到土卫二南极的热泉不断向外喷射物质,并测定这些物质由水蒸气,冰粒和简单有机分子组成。而现在确认土卫二冰层下的广阔海洋正是提供这些物质的来源,这一研究结果在本周发表在了行星科学领域的顶级杂志《伊卡洛斯》上。

  之前卡西尼号发回的数据结果支持有一片区域性的海洋位于土卫二南极。然而,在卡西尼号接连几次近距离的飞越土卫二南极上空,获得的重力数据确认这片海洋应该是全球性的,这一成果也被卡西尼号拍摄的影像资料独立证实。

  小图为卡西尼号拍摄的土卫二南极热泉喷射出的羽状物,这些羽状物形成的气体云被卡西尼号测定有分子氮,甲烷,二氧化碳,水蒸气等成分,大图为卡西尼号拍摄的土卫二南极附近“虎皮条纹”地形

  卡西尼号自2004年初进入环土星轨道以来,多次近距离飞掠土卫二,为科学家提供了大量土卫二图像。他们分析了卡西尼号发回的超过七年时间收集的图像数据,小心翼翼地拼出土卫二表面的各种特征,大部分是撞击坑,这些数以千计的图片最终可以高精度的测量土卫二自转的精细变化。

  测量结果显示,土卫二在围绕土星公转时,有一个轻微但是有规律的振荡。由于土卫二并不是完美的球形,它在绕土星公转时轨道不同区域的速度不一样,有些地方稍快,有些地方稍慢。土星巨大的引力灵巧地拉扯土卫二岩石内核来回晃动。

  卡西尼号团队把他们测量的这种振荡,称为天平动,并为土卫二建立了不同模型,包括一个假设土卫二是从表面到内部都完全冻结的大冰球。

  参与卡西尼号的科学家马修·提斯卡雷诺(Matthew Tiscareno)介绍说:“如果土卫二的表层和内核是刚性连接在一起的,那么核心物质能够提供很大的转动惯量,自转晃动的幅度要比观测的小得多。这也证明了肯定存在一个液体层的海洋分离了表面与核心。”

  土卫二南极表面艺术效果图,背景是土星与土星环,右侧为不断喷射的热泉,喷出大量水汽和其他挥发物,夹杂类似氯化钠晶体、水冰等固态粒子,喷射量约为每秒200公斤

  土卫二海洋所拥有的防冻机制目前仍是一个谜。科学家提出了一些可能的设想以解决这一问题,比如土星对土卫二的巨大潮汐力引起土卫二内部潮汐加热的程度,可能比之前预想的要大很多。

  从土卫二获得的科学成果是卡西尼号执行土星探测任务以来的一项重要成就。早在2005年,科学家就发现了土卫二喷射出羽状物的迹象,并对土卫二南极温暖裂缝涌出的这些物质做了进一步分析。在2014年,科学家宣布有强有力证据证明南极地区冰层下存在一个区域性的液态水海洋。在今年,他们一致认为在这片海洋的底部有水热活动,即存在海底热泉。

  卡西尼号将在今年10月28日再一次近距离飞掠过土卫二,比以往更近距离穿过土卫二喷射出的羽状物,预计最低飞行高度距离土卫二表面将只有49千米。

  土卫二与卡西尼号小档案:

  土卫二“恩克拉多斯(Enceladus)”是土星第六大卫星,直径约500公里。它表面几乎都是由水冰组成,较为平坦,几何反照率高达138%,十分明亮。2014年,美国宇航局宣布卡西尼号发现土卫二南极地底存在液态水海洋证据,海洋厚度约为10公里。南极附近的热泉向太空喷出大量水汽和其他挥发物,夹杂类似氯化钠晶体、水冰等固态粒子,喷射量约为每秒200公斤。喷出的水有一部分以“雪”的形态落回土卫二表面,一部分融入土星环中,另一部分甚至可到达土星。这些羽状喷射物也为土星E环物质来源于土卫二的观点提供了重要的证据。土卫二南极的喷射现象源自地表下的液态水海洋,喷射物的化学成分及引力场模型表明地下液态水源体与岩石是接触的,所以土卫二是天体生物学极为重要的研究对象。

  卡西尼-惠更斯号土星探测任务是美国宇航局,欧空局,意大利航天局的一个合作项目,美国宇航局的喷气推进实验室负责该项目的运行。卡西尼号于1997年 10月发射升空,之后两次借力金星,一次借力木星加速,于2004年7月1日顺利进入环土星轨道。惠更斯号于2005年1月14日在土卫六表面成功着陆,卡西尼号发回了大量土星及其卫星的科学数据与图像,目前卡西尼号仍在土星轨道工作,预计在2017年9月结束任务。

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