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土星卫星上的“虎纹”可能比之前认为的更加独特

恩赛拉多斯不同寻常的特征可能有助于科学家在地球之外寻找生命的证据。

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来源:elRoce/Shutterstock

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土卫六(Enceladus),土星第六大卫星,在其冰冷的壳层下涌动着液态水。在卫星的南极,地下的海洋从沿着被称为“虎纹”的四条平行裂缝喷出,共有约一百个喷气孔。这些高耸的冰粒喷流形成一个向下雪一样落回表面的羽状物。一些冰甚至会逃离卫星的引力,形成土星的E环。

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在太阳系外围,拥有(或被认为拥有)地下海洋的冰冷卫星很常见。例如,木星就有好几颗。这些卫星的形成是由于它们所环绕的行星的引力拉伸和挤压了它们的内部。

科学家认为,这些潮汐应力产生的热量足以维持液态水的存在。潮汐应力会使冰壳破裂,但这些裂缝可能很难完全穿透。恩赛拉多斯的虎纹不同寻常,因为它们一直延伸到海洋——这为我们在地球之外寻找生命的证据提供了一个诱人的机会。

虎纹

这些著名的特征被高达300米的边缘环绕,形成了一个山谷状的沟槽,在卫星表面宽度可达数公里。

为了确切了解虎纹是如何形成的,研究人员模拟了不同厚度的冰壳裂缝。“我们的模型表明,潮汐应力可以使冰壳完全破裂,但也会间接限制冰的厚度,”伍兹霍尔海洋研究所的冰川学家 Catherine Walker 说,她是最近发表在《行星科学杂志》上的一项研究的首席作者。

这项新研究表明,即使是较薄的冰层,从表面开始的裂缝也不太可能到达地下海洋。但是,从冰壳底部开始的裂缝更有可能刺穿表面,特别是当它们与冰壳顶部的裂缝连接时。

“海洋处于压力之下,因此水会进入冰壳底部的微小裂缝,从而扩大并使裂缝一直延伸到表面,”加州大学伯克利分校的行星科学家兼访问学者 Carolyn Porco 说,她曾是卡西尼号成像团队的领导者,并在2014年与同事提出了这个可能性。

最近的研究还发现,相比之前认为的,要使裂缝穿透整个冰壳更加困难。Walker 说,现有的裂缝会减少应力的总量,当考虑到这一点时,新的裂缝就不会向深处或高处延伸。“冰壳的确切厚度未知——但有可能只是恩赛拉多斯南极的冰壳比我们想象的要薄。”

宜居的海洋

十多年前,卡西尼号航天器飞越了羽状物,探测到其成分主要是水,但也含有盐和有机分子,这暗示了地下海洋的存在。

航天器还探测到了微小的二氧化硅颗粒,这表明存在海底热泉。“这些热泉内的温度可能接近212华氏度(100摄氏度),这使得生物可以在没有阳光的情况下生存,”领导美国宇航局(NASA)天体生物学和海洋世界小组的化学家 Morgan Cable 说。

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与地球上的海底热泉一样,恩赛拉多斯上的海底热泉也位于海底。那里,月球岩石内部的热量可能将富含矿物质的热水喷射成烟囱状的洋流——生物可以利用这些洋流中溶解的矿物质浓度的差异。“考虑到有限的能量预算,我们在对生命的估计上比较保守,但你当然可以拥有像螃蟹这样的多细胞生物,”Cable 说。

未来的任务

总而言之,恩赛拉多斯的虎纹提供了一个独特的机会,可以在无需挖掘或钻探的情况下收集和分析地下海洋的新鲜物质。未来的任务将包括重复穿越羽状物,以及可能着陆在南极地区,采集从喷气孔喷出的新鲜落下的物质。

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Porco 解释说,降落在恩赛拉多斯将能够进行最全面的生命迹象搜索,并更容易收集物质,包括重复和多样的测量,以提高科学家对任何发现的信心水平。

着陆还可以提供对恩赛拉多斯地球物理运作的详细见解,并帮助解决悬而未决的问题;例如,冰壳的厚度和裂缝的宽度。

但所有迫切的问题中,发现地球之外是否存在生命是最引人入胜的。

Porco 说:“只有在我们太阳系的遥远区域,我们才能确信找到的任何生命都代表着独立于地球生命的生命起源。“无论生命是否在其他地方独立起源,这都是我们在探索太阳系时能够希望回答的最迷人的问题。”

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