虽然地球上的火山会引发各种混乱，但太空中的冰火山以完全不同的方式驱动地质变化。我们太阳系中冰冷卫星的地貌并非由熔岩流塑造，而是由水在太空极低压下同时沸腾和冻结所塑造。
一项发表在《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters) 上的新研究，重现了太空近乎真空的环境，以确定水流如何影响冰冷卫星的地表。在低压舱内进行的实验表明，在这些卫星上，气泡在水中上升并使表层冰破裂，从而形成具有各种地质特征的地表。
冰冷卫星上的水喷发
冰火山，更正式的名称是冰火山（cryovolcanoes），已在太阳系外围的几颗卫星上被观测到，如欧罗巴（木星的一颗卫星）、恩塞拉多斯（土星的一颗卫星）和特里同（海王星的一颗卫星）。
这些卫星被一层由冰构成的外壳包裹着，但许多卫星的冰壳下还隐藏着巨大的地下海洋。在一些卫星上，已经观测到水蒸气和水粒子喷发到太空的现象，这一过程被称为“爆炸性冰火山活动”。
科学家们尚不清楚引发喷发的确切机制，但新研究已经揭示了地下水穿过卫星冰壳的一种方式，即“溢出性冰火山活动”。这个过程发生在液态水涌向地表时，类似于地球上熔岩从裂缝中流出的方式。
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冒泡上升
为了了解像欧罗巴或恩塞拉多斯这样的卫星上的溢出性冰火山活动会如何发生，参与新研究的研究人员使用了位于英国开放大学的一个低压舱。他们向大型脏火星舱（昵称为“乔治”）中装入了大量的水来进行实验。
当压力降低时，水开始沸腾和冒泡，尽管水温仍然很低。这是因为当压力降低时，水的沸点也会降低。当水达到冰点时，浮动的冰块形成并生长，直到一层薄冰覆盖了大部分水。
但即使在冰层形成后，液态水仍在沸腾。当气泡在水中上升时，它们被困在冰层下方，导致压力积聚并产生冰层裂缝，水可以通过这些裂缝逃逸。
“我们发现，在极低压力下水的冻结过程比之前想象的要复杂得多，”捷克科学院研究员、首席作者 Petr Broz 在一份声明中说。“在这种条件下，水在低至[原文此处似乎有遗漏，应为“低至某个温度”]的温度下就会迅速沸腾，因为它在低压下不稳定。同时，由于蒸发本身引起的强烈冷却效应，它会蒸发并开始冻结。形成的冰壳被蒸汽气泡反复扰动，气泡会抬升并使冰层破裂，从而大大减缓、复杂化并延长了冻结过程。”
探索太阳系中的冰火山
模拟欧罗巴和恩塞拉多斯近乎真空条件的实验表明，这些卫星是如何被水流改变的，水流塑造了冰壳上凹凸不平的凸起和凹陷。
研究人员表示，这些地质特征可能成为未来分析任务的关键目标，并且它们不仅可能出现在冰冷的卫星上，还可能出现在太阳系的其他行星天体上。
“这些地形不规则——由冰层下的蒸汽积聚引起——可能会留下独特的信号，例如能够被轨道航天器探测到，特别是那些配备雷达的航天器，这为识别古代冰火山活动提供了一种潜在的新方法，”开放大学行星科学家、作者 Manish Patel 说。“这可以为规划未来前往这些遥远世界的任务提供宝贵的线索——并帮助我们更好地理解仍然神秘的冰火山活动过程。”
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文章来源
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《地球与行星科学通讯》。 降低大气压下水的冻结的复杂性
《自然-通讯》。 识别欧罗巴过去和现在冰火山活动的信号
