土卫六可能并没有全球性的海洋

抖音热门 2025年12月22日 19:09 1 admin

在2004年至2017年间，卡西尼号土星探测器环绕土星运行，并多次对其卫星实施近距离飞掠观测。其中124次飞掠土星最大的卫星——土卫六。

这张图像由卡西尼号于2015年5月22日拍摄，前景中的土卫六静静悬浮，身后是若隐若现的土星。（图/NASA）

2008年，科学家在分析了卡西尼号任务的数据后，推测出了一个关节的结果：在土卫六那富含碳氢化合物的表面之下，可能存在一个由液态水构成的巨大海洋。然而，当研究人员在物理模型中假设土卫六内部存在这样一片海洋时，模型计算得到的结果却无法与观测数据所反映的物理性质相吻合。

在一项于近期发表在《自然》杂志上的研究中，NASA的喷气推进实验室（JPL）的研究人员对卡西尼号任务的数据进行了重新分析，得出的新结果显示：土卫六的内部可能并非整体液态海洋，而是一个由多层“黏冰”物质构成，其间夹杂着孤立存在的液态水囊的结构。

土卫六下真的有海洋吗？

这一新的结论是通过测量卡西尼号在飞掠土卫六期间所发回的射电信号频率而得出的。

由于一颗卫星内部的质量分布可能并不均匀，因此当航天器飞掠其附近时，卫星的引力场会发生变化，从而使航天器的速度出现极其微小的加速或减速。而这些速度变化又会改变航天器与地面之间的射电波频率——这一效应被称为多普勒频移。

这六幅土卫六的红外图像是通过整合卡西尼号任务期间收集的数据生成的。它们揭示了在朦胧大气之下，土卫六表面的真实面貌，并突出显示了这颗卫星表面多样而变化的地貌特征。（图/NASA）

通过分析多普勒频移，科学家可以推断出卫星的引力场分布及其形状；而这种形状会随着卫星在母行星引力作用下绕行而随时间发生周期性的变化。形变的程度取决于卫星的内部结构。

就土卫六而言，当它在略呈椭圆的轨道上靠近土星时，土星强大的引力就会对其产生挤压；而当它运行至最远点时，又会被拉伸。这种反复的形变会产生能量，并以内部加热的形式被耗散掉。

此前，当科学家分析“卡西尼号”在十次近距离飞掠土卫六时采集的射电数据后发现，土卫六的形变幅度异常之大，因此他们当时推断其内部必然是液态的——因为如果是完全固态，其形变程度会小得多。

在这项研究中，研究人员引入了一个新的、更加微妙的分析维度：时间。

土卫六的形状变化大约滞后于土星引力作用峰值15个小时才达到最大程度。这就好比用勺子搅拌蜂蜜：越是浓稠、黏滞的物质，推动它所需的能量就越是大于搅动液态的水。通过测量这一时间延迟，研究人员估算了改变土卫六形状所需的能量，从而进一步推断出其内部物质的黏度特性。

研究人员发现，土卫六深部存在强烈的能量耗散，这种能量耗散的程度远高于在假设其内部存在全球性液态海洋时应当出现的水平。这一发现出乎所有人的意料之外，它意味着，土卫六的内部结构与此前的推断完全不同。

因此，研究人员对土卫六的内部结构提出了一种新的解释：土卫六内部存在多层冰与水混合而成的黏冰结构，其上方覆盖着一层厚厚的固态冰壳。

这种结构同样能够让卫星发生明显的形变，但在这种情况下，土星施加的潮汐拉力与土卫六实际表现出形变迹象之间，会存在数小时的时间滞后——这比内部完全液态时的响应要慢得多。而且，相较于纯液态内部，黏冰的内部在引力场中会表现出更强的能量耗散特征，因为这些黏冰层之间的相互摩擦会产生热量。

这张图示意了在不同内部结构模型下，土卫六对土星引力潮汐的响应。仅在假设内部为黏冰结构时，模型才能再现观测到的隆起幅度及滞后。（图/Baptiste Journaux and Flavio Petricca）

基于这一新的内部结构模型，研究人员认为，土卫六内部真正的液态水，只以局部“融水囊”的形式存在。这些水囊在潮汐能耗散产生的热量加热下，会缓慢向上迁移，朝向表面的冻结冰层。在上升过程中，它们可能形成独特的环境，这些环境中所富含的有机分子既来自下方的岩质核心，也来自陨石撞击带到卫星表面的物质。

土卫六内部结构的假想模型。红色区域表示融水形成的“水囊”，它们在冰层中开辟出通道，向土卫六的核心延伸。（图/Baptiste Journaux）

黏冰结构的低黏度，仍然允许土卫六在土星潮汐作用下发生隆起与压缩，并将内部热量带走——否则，这些热量会融化冰层，形成真正的海洋。

尽管土卫六存在地下海洋的设想曾极大地激发了人们对其生命潜力的兴趣，但研究人员认为，这项新的发现反而可能提高发现生命的可能性。

因为他们的分析显示，土卫六内部的这些淡水水囊温度可能高达20摄氏度。这些水囊会将营养物质从岩质核心，经由高压冰层中的黏冰区域，循环输送至表面的固态冰壳。与开阔的海洋相比，任何可供利用的营养物质都会在较小体积的水中更加集中，这反而可能为简单生命形式的生长提供更有利的条件。

或许，未来即将前往土星的任务将给我们带来更多关于土卫六的内部结构细节。例如，最早于2028年发射的蜻蜓任务，将前往这颗被厚雾笼罩的卫星，对其表面展开直接探索。

这项研究凸显了行星科学档案数据的巨大价值。这些令人惊叹的航天器所收集的数据并不会随着任务结束而失去意义——随着分析技术不断进步，人们可以在数年甚至数十年后，从中获得新的发现。

#参考来源：

https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-study-suggests-saturns-moon-titan-may-not-have-global-ocean/

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09818-x

https://www.washington.edu/news/2025/12/17/saturns-biggest-moon-might-not-have-an-ocean/

#图片来源：

封面图&首图：NASA/JPL-Caltech

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