自从土卫二的卫星诞生以来,它就一直吸引着科学家们航行者2号任务于1981年通过该系统。
自从新星到来之后,这个谜团就更加加深了。卡西尼号2004年的探测,其中包括在南极地区周围发现了四个平行的线性裂缝。
这些特征因其外观和从表面其他部分中脱颖而出的方式而被昵称为“老虎条纹”。
自从它们被发现以来,科学家们一直试图回答它们是什么以及最初是什么创造了它们。 值得庆幸的是,由卡内基科学研究所揭示了控制这些裂缝的物理原理。
这包括它们之间的关系的羽流活动,为什么它们出现在土卫二的南极周围,以及为什么其他天体没有类似的特征。
这项研究最近发表在杂志上自然天文学,由道格·海明威领导? 该研究所地磁学系的卡内基研究员。
加州大学戴维斯分校的行星科学家麦克斯韦·鲁道夫和加州大学伯克利分校的迈克尔·曼加也加入了他的行列。
根据卡西尼号重力调查对土卫二可能内部的艺术家印象。 (美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室)
为了研究的目的,研究小组利用土卫二的地球物理模型来研究使虎纹形成并随着时间的推移保持在原位的物理力。
特别有趣的是这些条纹只出现在月球南极的原因以及它们间隔如此均匀的原因。 正如海明威解释了:
“卡西尼号土星任务首次看到这些条纹,它们与太阳系中其他任何已知条纹都不同。它们平行且间隔均匀,长约 130 公里,相距 35 公里。让它们特别有趣的是,它们不断喷发水冰,即使在我们说话的时候,也没有其他冰行星或卫星有类似的东西。”
事实证明,第一个问题的答案相当有趣。 显然,模型显示构成条纹的裂缝可能在任一极形成,它们只是首先在南极形成。
另一方面,它们存在的原因与土卫二与土星的相互作用及其轨道的偏心率有关。
仔细分析一下,土卫二需要一天多一点的时间(确切地说是 1.37 天)才能完成土星的一周。
由于 2:1 平均运动轨道共振,土卫二与邻近的土卫二有一定的偏心率 (0.0047),从最近点(近心点)的 236,918 公里(147,214 英里)到 239,156 公里(148,605 英里) )在最远点(远地点)。
土星的卫星及其各自的轨道彼此之间的关系。 (美国宇航局/喷气推进实验室)
这种偏心率导致土卫二拉伸和弯曲,导致内部加热和地热活动。 这个过程使得土卫二能够在其核心-地幔边界维持内部海洋。
在两极,这种重力引起的变形影响最大,这导致这里的冰盖变薄并形成裂缝。
这个过程也会导致一段时期的冷却,在此期间,土卫二的一些地下海洋将会结冰。 这种融化和冻结会导致冰盖从下面变厚和变薄,导致压力变化,从而导致裂缝。
由于两极的冰盖较薄,因此最容易破裂,从而形成虎纹。
这些特征均以阿拉伯民间故事纲要中的城市命名天方夜谭:亚历山大沟、开罗沟、巴格达沟和大马士革沟。
研究小组认为,巴格达沟裂隙是最先形成的,之后并没有再次冻结。 这使得水羽从内部喷发,最终导致另外三个平行裂缝形成。
基本上,水柱从月球表面喷出后,会在太空中重新冻结,并以雪的形式重新沉积在月球表面。 随着巴格达裂缝边缘积雪不断堆积,累积的重量给冰盖增加了另一个压力源。
饰演 马克斯·鲁道夫解释了,这不仅解释了这些裂缝是如何形成的,还解释了它们为什么彼此平行。
(NASA-GSFC/SVS、NASA/JPL-加州理工学院/西南研究所)
“我们的模型解释了裂缝的规则间距,”他说。 “这导致冰盖弯曲,刚好足以在 35 公里外引发一条平行裂缝。”
同样的机制解释了为什么土卫二的裂缝保持开放并不断喷发水柱。 月球与土星的潮汐相互作用导致了不断的拉伸和弯曲循环。
这可以防止裂缝闭合,并确保它们有规律地扩大和缩小。
至于为什么这种情况发生在土卫二而不是其他卫星上? 像木卫三、欧罗巴、, 和别的 ”海洋世界“?这取决于尺寸。较大的卫星具有较强的引力,可以防止潮汐相互作用引起的裂缝一直延伸到内部。
因此,土卫二是唯一已知的可能出现虎纹的冰卫星。 正如海明威所描述的:
“正是由于这些裂缝,我们才能够对土卫二的地下海洋进行采样和研究,这是天体生物学家所喜爱的,我们认为了解形成和维持它们的力量非常重要。我们对所经历的物理效应的建模月球冰壳的观察表明,可能存在独特的事件和过程序列,这些事件和过程可能允许这些独特的条纹存在。”
在接下来的几十年里,希望能够向土星系统发送另一个任务,以更详细地探索土卫二。 卡西尼号获得的数据已经证实,从其裂缝中喷出的羽流含有有机分子。
未来的任务将尝试确定月球冰面下方是否也存在外星生命。