土卫二的条纹是如何形成的

太阳系中很少有卫星像土星微小的恩塞拉多斯一样令人兴奋。它可能在冰壳下隐藏着一个液态水海洋。在某些地方，这层冰壳不够厚，无法完全封住液体，而且NASA的卡西尼号轨道器在绕土星运行时，曾观测到冰喷流。恩塞拉多斯的冰壳在整个卫星上也不是均匀的。南极地区覆盖着被称为“虎纹”的裂缝，并且看起来比卫星的其他部分年轻得多。是什么导致了这样一个微小天体上如此显著的差异？

微小卫星，巨大压力

首先，我们应该仔细看看恩塞拉多斯。它的半径仅为156英里（252公里）。与地球的月球（超过670英里/1079公里）相比，这是一个相当小的卫星。它运行的轨道距离为148,000英里（238,000公里）。而我们的月球平均距离地球238,900英里（384,472公里）。

将这些数字与土星质量是地球的95倍这一事实结合起来，我们就能开始意识到，当微小的恩塞拉多斯在短短约33小时内绕着这颗气态巨行星运行时，它承受着多大的压力！

这意味着恩塞拉多斯承受着巨大的压力。当这颗卫星运行时，它会受到土星巨大引力的扭曲。所有这些挤压都会加热恩塞拉多斯岩石内部，因此冰壳也通过潮汐加热而升温……然后融化成液态水海洋。

这时会发生一件有趣的事情。由于液态水层的存在，冰壳会开始与岩石核心分离。因此，它的变形方式会与卫星内部不同。那么，这一切对恩塞拉多斯的表面有什么影响呢？

解开条纹之谜

在《地球与行星科学快报》上发表的由西南研究所的Alyssa Rhoden等人进行的一项新研究中，他们探讨了恩塞拉多斯独特的冰冷表面。他们利用卡西尼号轨道器观测到的证据表明，这颗卫星的冰壳在两极和赤道之间存在差异，正是这种厚度差异导致了从南到北的不同构造活动。

南极表面显然是“最年轻”的。如果我们从未登陆过，我们如何知道？寻找撞击坑。拥有虎纹的南极地区缺少撞击坑，而赤道和北极地区则有撞击坑。撞击坑越多，意味着越古老（想想地球表面和月球表面）。这一切都意味着存在活跃的地质过程正在改变南极的表面。

问题变成了为什么只有南极地区是这样？答案可能在于冰的厚度。恩塞拉多斯感受到的所有潮汐压力也作用在冰壳上。如果曾经这颗微小卫星的冰壳完全冻结，那么潮汐压力的消散就会集中在赤道。随着时间的推移，这些压力会在内部加热，形成液态水团。将这些水团连接起来，最终可能会形成一个全球性的液态海洋。

温暖的两极

这时情况就改变了。全球性海洋意味着冰壳和岩石内部不再接触。这改变了潮汐压力的分布方式，导致两极的加热最强，赤道的加热最弱。

这仍然没有解释为什么南极比北极更活跃。这种新的模式会导致两极的冰层变薄，而南极的冰层最薄，可能薄10公里（6英里）。在Rhoden的模型中，当冰层又老又冷时，围绕土星运行产生的应力可以得到适应。

然而，如果冰壳变薄——也许只有0.5到5公里（0.3到3英里）厚——那么冰在变形和破裂而不承受应力的情况下是无法承受的。这可能就是导致虎纹的原因，而Rhoden的模型解释了这些条纹在整个卫星上的位置和方向。

亚历山大、巴格达、开罗和大马士革沟（虎纹的技术术语）是卡西尼号观测到的冰和水喷流的来源（见上文）。这可以解释为，当冰壳感受到恩塞拉多斯轨道的“潮汐”时，来自冰下海洋的液体通过这些裂缝挤压出来。正是这种潮汐压力导致恩塞拉多斯拥有活跃的“冰构造”，尤其集中在南极。

我们可能需要等待才能解开恩塞拉多斯更多的秘密。在上一轮“新视野”任务的遴选中，两个拟议的访问该卫星的任务被否决了。取而代之的是，NASA将在2026年使用“蜻蜓”号任务前往恩塞拉多斯的邻居泰坦。土星召唤着我们，但恩塞拉多斯将在本世纪中叶继续成为一个令人神往的目标。