天文學家在土星一發現內部海洋的證據

美國西南研究所的一名冰衛星地球物理學專家艾莉莎·羅登（Alyssa Rhoden）博士原本想證明土星最內層的微小衛星，土衛一（Mimas）是一顆凍結的惰性衛星，但卻發現令人信服的證據，證明土衛一有一個液態的內部海洋。在美國太空總署空卡西尼號（Cassini）任務的最後幾天，它在土衛一自轉中發現一種奇怪的振動或振盪，這通常顯示一個地質活躍的物體能夠支撐內部海洋。如果土衛一有海洋，它代表一類新的小型隱形海洋世界，其表面不會暴露海洋的存在。

過去二十五年來行星科學最深刻的發現之一是，在我們的太陽系中，在岩石和冰層之下有海洋的世界很常見。這些世界包括木衛二（Europa）、土衛六（Titan）和土衛二（Enceladus）等巨大行星的冰衛星，以及冥王星等遙遠行星。像地球這樣具有表面海洋的世界必須位於距恆星很窄的距離範圍內，以維持支持液態海洋的溫度。然而，內部水海洋世界的發現距離範圍更廣，大大增加了整個銀河系中可能存在的適宜居住世界的數量。

羅登說：「由於土衛一的表面有很多隕石坑，天文學家曾經認為它只是一塊冰凍的冰塊。隱形海洋世界，例如：土衛二和木衛二，往往會斷裂並顯示出其它地質活動跡象。事實證明，土衛一表面欺騙了我們，新的認識大大擴展太陽系中潛在可居住世界的定義。」

潮汐過程將軌道和旋轉能量作為熱量消散在衛星中。為了匹配從土衛一的天平動（libration）推斷出的內部結構，衛星內部的潮汐加熱必須足夠大以防止海洋結冰，但又要足夠小以維持厚厚的冰殼。使用潮汐加熱模型，研究團隊開發了數值方法，為液態海洋上二十二到三十二公里厚的穩態冰殼建立最合理的解釋。

羅登說：「大多數時候，當我們建立這些模型時，必須對它們進行微調以產生符合觀測到的現象。這一次，內部海洋的證據剛剛從最真實的冰殼穩定性場景和觀察到的振動中彈出。」

研究小組還發現，來自表面的熱流對冰殼的厚度非常敏感，探測太空船可以驗證這一點。例如，朱諾號（Juno）計劃飛越木衛二，並使用其微波輻射計測量這顆木星衛星的熱流。隨著美國太空總署的木衛二快船（Europa Clipper）即將於2024年發射，這些數據將使科學家能夠了解熱流如何影響海洋世界的冰殼，例如土衛一。

羅登說：「儘管我們的研究結果支持土衛一內存在海洋，但要將它的軌道和地質特徵與我們目前對它的熱軌道演化理解相協調是一項挑戰。評估土衛一作為海洋衛星的地位將為它的形成和演化模型提供基準。這將有助於我們更好地了解土星環和中等大小的衛星，以及潛在可居住的海洋衛星的普遍性，特別是在天王星。土衛一是一個引人注目的繼續調查的目標。」

【圖：美國太空總署；文：節譯自美國西南研究所2022年1月19日新聞公佈】研究全文將會刊登在2022年4月由美國天文學會行星科學部出版的《伊卡洛斯》期刊 標題是：The case for an ocean-bearing Mimas from tidal heating analysis