在土衛二冰冷的地殼深處,黑暗的海水可能正在旋轉。
根據對覆蓋土星衛星全球海洋的冰層的一項新分析,那裡似乎有與地球非常相似的洋流。 如果是這樣,這意味著土衛二的海洋可能根本不是同質的。
土衛二不會輕易放棄它的秘密。 我們第一次仔細觀察它是在 1981 年,當時航海家 2 號在前往外太陽系的途中經過這裡。 探頭的影像揭曉一個高反射率的小冰球,直徑僅 500 公里(310 英里),佈滿隕石坑,佈滿長裂縫和山脈,暗示著地質活動。
然後,在2010年,一個巨大的驚喜:土星卡西尼號探測器發現土衛二冰殼裂縫中噴出液態水間歇泉-證據表明月亮一直向下的並不是冰,而是隱藏著液態的鹹海洋。
液態水和冰裂縫的結合幫助科學家了解了土衛二的工作原理。 正如土衛二使其橢圓形,1.37 天軌道在土星周圍,不斷變化的引力在月亮。 這種應力會產生內部加熱和地熱活動,並在表面冰上產生裂縫。
內部加熱使內部海洋保持液態,並以間歇泉的形式從裂縫中噴出,落到表面並重新凍結。 內部加熱也會產生垂直對流—類似於那些在地球上看到的- 將較溫暖的水向上輸送,在向下循環之前會冷卻。
然而,由於土衛二與地球如此不同,目前還不清楚它的海洋是否在其他方面也相似。 地球上的海洋平均來說3.7公里(2.3 英里)深。 土衛二至少有 30 公里深,並被 20 公里厚的冰覆蓋。
我們實際上無法看到海洋中發生了什麼,但冰中可以找到線索。 我們知道,兩極的冰比赤道薄得多,而南極則更薄,那裡的冰更薄。月亮的間歇泉噴發。 由加州理工學院地球物理學家安娜·洛博(Ana Lobo)領導的研究小組表示,這表明海底海洋中存在著比簡單的垂直對流更複雜的東西。
不出所料,較薄的冰可能與更大的融化有關,而較厚的冰則與更大的凍結有關。 這意味著,冰越厚,海洋的鹽度就越高,因為只有水結冰,大部分鹽分又釋放回水中。 這使得冰下面的水密度更大,因此沉入海底。
在熔化區域,情況相反。 水更新鮮,密度更小,所以它留在頂部。 在地球上,這會產生一種「傳送帶」電流。 水在兩極結冰,密度較大、鹹度較高的水沉到底部,並以水流的形式流向赤道,而來自赤道的溫暖水流到兩極,在那裡結冰,導緻密度較大的冷鹹水下沉,等等。
該團隊開發了土衛二的電腦模型,部分基於我們對這些傳送帶電流的理解,而團隊發現類似的流動可以重現觀測到的厚度月亮的冰。
現在,尚不清楚土衛二上是否存在生命。 它離太陽很遠,但是,由於內部地熱加熱,它可能有化學合成食物網類似於在地球深海、黑暗海洋中的熱液噴口周圍發現的那些。 如果土衛二海洋深處隱藏著生命,該團隊的發現可能會幫助我們找出在哪裡可以找到它。
我們知道土衛二的水是鹹的; 卡西尼號從間歇泉採集的水樣本也揭示了這一點。 如果研究小組是正確的,這些間歇泉中的含鹽量實際上可能較低,因為它們是從融化區域噴射出來的,而赤道周圍的水域的含鹽量可能要高得多。
我們也知道地球上的洋流在營養物質的分配中發揮作用。 對鹽度水平和營養分佈的更深入了解將有助於強調土衛二的區域可能是我們所知的最適合生命居住的區域。
截至撰寫本文時,還沒有專門針對土衛二的任務。 但是,那蜻蜓土星衛星任務泰坦, 這歐羅巴快艇被送去學習木星冰冷且(可能)間歇泉噴出的衛星木衛二,以及木星冰冷衛星探索者(果汁)都可以為這些奇怪的凝膠世界的全球海洋環流提供更多的線索。
該團隊的研究成果發表於自然地球科學。