土衛二噴泉顯示地下擁有巨大咸水海洋

科學家已經獲得了迄今最有力的證據，證明土星的一顆小衛星——土衛二表面之下擁有一個巨大的咸水海洋。

在最近的一次飛掠中，美國宇航局的卡西尼土星探測器采集了從土衛二南極地區噴出的冰晶噴泉顆粒物。

這個“太空噴泉”是非常罕見的奇觀，有大量的水汽和冰晶微粒被噴射進入太空。土衛二是一顆個頭較小的衛星，是土星已知19顆衛星中的一顆。2005年，正在土星軌道運行的卡西尼號率先注意到了這個噴泉的存在。

根據詳細的成像觀測顯示，這個噴泉的噴口是土衛二南極地區的一片所謂“虎斑”地區（tiger stripe），這事實上是一片裂谷地帶，有很多平行和交錯的斷裂帶存在。這個噴泉產生的物質成為土星光環中的E環的重要物質來源。

2008年至2009年間，卡西尼3次穿越噴泉柱，飛船上搭載的宇宙塵埃分析器（CDA）對新鮮的噴泉噴出顆粒成分進行了分析。

探測結果發現，這些冰晶顆粒以每秒超過11英里(約合17.7公里)的速度撞擊探測器并迅速汽化。設備隨后對這些氣體進行化學分析。

科學家們發現在離土衛二表面稍遠的位置上，噴泉中的成分明顯細小且缺少冰晶，比較接近土星E環的成分組成；但在靠近土衛二表面較低空的位置，噴泉柱則是由顆粒明顯較大，富含鹽分的冰晶顆粒占據絕對地位。

這項研究的首席科學家弗蘭克·波斯特伯格（Frank Postberg）來自德國海德堡大學。他說：“目前認為，沒有任何可行的方法可以實現像這樣生成持續的富鹽顆粒噴流，除非土衛二的地表之下擁有一個咸水的海洋。”

論文合著者，來自美國科羅拉多大學波爾多分校的薩斯查·科恩普夫（Sascha Kempf）補充道：“研究顯示，從土衛二南極地下噴出的顆粒中，那些較細小，貧鹽的顆粒的速度明顯要大于那些較粗大，富鹽的顆粒。”他說：“盡管我們發現土衛二的噴泉物質中，99%的成分是富鹽的顆粒，但是土星的E環的成分主要是這種細小，貧鹽的顆粒。這是一個意料之外的發現。但現在我們知道，這是由于這些較大的顆粒運動速度較慢，最后都落回了土衛二表面，只有那些貧鹽的小顆粒成功逃離，進入了土星光環體。”

研究人員們表示，這些富鹽顆粒的成分接近海洋水體，這暗示其中大部分，甚至全部冰晶顆粒可能來自一個地下海洋的蒸發，而非土衛二的表面。

當鹽水緩慢凍結，會有鹽分被“擠出”，只留下純凈的淡水。如果這個噴泉是由土衛二表面的冰體形成的，那么其成分中不會出現那么高的鹽分含量，但是事實并非如此。

由此，科學家們推斷，在土衛二的地下大約50英里處(約合80.5公里)，在巖質內核和冰質地幔之間存在一片水體海洋。其保持液態的熱量來自土星和其他衛星對其施加的引力潮汐作用導致的星體扭曲，以及其內部的放射性元素衰變。

根據測算，按照土衛二南極噴泉目前的速度，其每秒大約要損失440磅（約合200公斤）的物質。

計算還顯示土衛二上這顆海洋應當擁有一個較大的揮發面積，否則它會在很短的時間內凝結，從而導致噴泉停止。

科恩普夫總結說：“此次的研究結果顯示土衛二南極地區的這一噴泉物質幾乎全部來自一個地下咸水海洋，并且這個海洋擁有一個面積較為可觀的出露揮發面。”

有關這項研究的論文已經發表在英國《自然》雜志。

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