科学家预测土卫二冰壳下的地下海洋洋流

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埋藏在土卫二(Enceladus)二十公里的冰层之下,土卫二的地下海洋似乎出现和地球上类似的海洋洋流(ocean current)搅动。 由于土卫二的冰壳形状,它的地下海洋是相同性质,除了由土卫二地核的高温所驱动之外,还混合了一些垂直上升的海洋流。

埋藏在土卫二(Enceladus)二十公里的冰层之下,土卫二的地下海洋似乎出现和地球上类似的海洋洋流(ocean current)搅动。 由于土卫二的冰壳形状,它的地下海洋是相同性质,除了由土卫二地核的高温所驱动之外,还混合了一些垂直上升的海洋流。

土卫二,一颗直径约五百公里(大约是月球直径的1/7)的冰球,是土星第六大的卫星。 尽管土卫二体积很小,但在2014年,一次卡西尼号(Cassini)太空船的掠过,发现它拥有巨大地下海洋的证据,并从类似间歇泉的喷发中取得水的样本引起科学家注意。 它是太阳系中有液态水的少数天体(另一颗是木卫二),使到它成为搜寻生命迹象的天体生物学家关注目标。

土卫二的海洋完全与地球不同,地球的海洋相对较浅(平均深度为3.6公里),覆盖了地球表面的四分之三,有太阳光线照射的顶部更温暖,海底附近的深度更冷,并且洋流受到风的影响。 土卫二似乎有一个遍布整个星球的,地下海洋,它的深度至少三十公里,在冰壳附近的顶部结成冰层,而在地核的热量作用下,将海洋底部加热。

尽管存在差异,加州理工学院的研究生安娜·罗宝(Ana’Lobo)认为,土卫二上的海洋洋流类似于地球上的洋流。 她的研究工作建立在卡西尼号的测量数据以及环境科学与工程学安德鲁·汤普森(Andrew Thompson)教授的研究基础上,她一直在研究冰与水相互作用以推动南极洲海洋混合的方式。

土卫二和地球的海洋有一个重要的共同特征,就是它们都是咸水。 盐度的变化可能是土卫二上海洋循环的驱动力,就像它们在南极周围的地球南极海洋中出现的洋流一样。从卡西尼号的重力测量和热量计算显示,土卫二两极的冰壳比赤道的冰壳薄。 汤普森说:「两极的薄冰壳区域很可能与融化有关,而赤道的厚冰殻区域可能会冻结。 这会影响洋流,因为当咸水冻结时,它会释放盐份并使周围的水变重,导致下沉。 相反的情况发生在熔化区域。

罗宝解释:「知道冰的分布,就可以限制循环模型。 根据汤普森对南极洲的研究,理想化的电脑模型显示,由冰结构确定的冻结和融化区域与洋流相连,形成一个由两极到赤道的循环,从而影响热量和养分的分布。 」

汤普森说:「了解地下海洋的那一些区域可能是生物生存最适合的地方,因为我们知道终有一天可能会为寻找生命特征提供信息。 」

【图:美国太空总署;文:节录译自美国加州理工学院2021年3月25日新闻公布】研究全文刊登在2021年3月25日出版的《自然-地球科学》期刊

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