在土卫二冰冷的地壳深处,黑暗的海水可能正在旋转。
根据对覆盖土星卫星全球海洋的冰层的一项新分析,那里似乎有与地球非常相似的洋流。如果是这样,这意味着土卫二的海洋可能根本不是同质的。
土卫二不会轻易放弃它的秘密。我们第一次仔细观察它是在 1981 年,当时航海者 2 号在前往外太阳系的途中途经这里。探头的图像揭晓一个高反射率的小冰球,直径仅 500 公里(310 英里),布满陨石坑,布满长裂缝和山脉,暗示着地质活动。
然后,2010年,一个巨大的惊喜:卡西尼号探测器发现土卫二冰壳裂缝中喷出液态水间歇泉——证据表明月亮一直向下的并不是冰,而是隐藏着液态的咸海洋。
液态水和冰裂缝的结合帮助科学家们了解了土卫二的工作原理。正如土卫二使其椭圆形,1.37 天轨道在土星周围,不断变化的引力在月亮。这种应力会产生内部加热和地热活动,并在表面冰上产生裂缝。
内部加热使内部海洋保持液态,并以间歇泉的形式从裂缝中喷出,落到表面并重新冻结。内部加热也会产生垂直对流——类似于那些在地球上看到的- 将较温暖的水向上输送,在向下循环之前会冷却。
然而,由于土卫二与地球如此不同,目前还不清楚它的海洋是否在其他方面也相似。地球上的海洋平均来说3.7公里(2.3 英里)深。土卫二至少有 30 公里深,并被 20 公里厚的冰覆盖。
我们实际上无法看到海洋中发生了什么,但冰中可以找到线索。我们知道,两极的冰比赤道薄得多,而南极则更薄,那里的冰更薄。月亮的间歇泉喷发。加州理工学院地球物理学家安娜·洛博(Ana Lobo)领导的研究小组表示,这表明海底海洋中存在着比简单的垂直对流更复杂的东西。
不出所料,较薄的冰可能与更大的融化有关,而较厚的冰则与更大的冻结有关。这意味着,冰越厚,海洋的盐度就越高,因为只有水结冰,大部分盐分又释放回水中。这使得冰下面的水密度更大,因此沉入海底。
在熔化区域,情况相反。水更新鲜,密度更小,所以它留在顶部。在地球上,这会产生一种“传送带”电流。水在两极结冰,密度更大、咸度更高的水沉到底部,并以水流的形式流向赤道,而来自赤道的温暖水流到两极,在那里结冰,导致密度更大的冷咸水下沉,等等。
该团队开发了土卫二的计算机模型,部分基于我们对这些传送带电流的理解,并且该团队发现类似的流动可以重现观测到的厚度月亮的冰。
现在,尚不清楚土卫二上是否存在生命。它距离太阳很远,但是,由于内部地热加热,它可能有化学合成食物网类似于在地球深海、黑暗海洋中的热液喷口周围发现的那些。如果土卫二海洋深处隐藏着生命,该团队的发现可能会帮助我们找出在哪里可以找到它。
我们知道土卫二的水是咸的;卡西尼号从间歇泉采集的水样也揭示了这一点。如果研究小组是正确的,这些间歇泉中的含盐量实际上可能较低,因为它们是从融化区域喷射出来的,而赤道周围的水域的含盐量可能要高得多。
我们还知道地球上的洋流在营养物质的分配中发挥着作用。对盐度水平和营养分布的更深入了解将有助于强调土卫二的区域可能是我们所知的最适合生命居住的区域。
截至撰写本文时,还没有专门针对土卫二的任务。然而,蜻蜓土星卫星任务, 这欧罗巴快艇被送去学习冰冷且(可能)间歇泉喷出的卫星木卫二,以及木星冰冷卫星探索者(汁)都可以为这些奇怪的凝胶世界的全球海洋环流提供更多的线索。
该团队的研究成果发表于自然地球科学。