外太陽系充滿了液態水。木星第四大衛星木衛二的冰冷外殼下隱藏著一片鹹水海洋——其水量超過地球所有海洋的總和。土星衛星土衛二上的地下海將水蒸氣柱噴射到太空。還有誘人的跡象表明，木衛三、卡里斯托、土衛六和其他遙遠衛星上也可能存在海洋。
現在，又一顆衛星似乎也在秘密地被水淹沒。土星衛星彌瑪斯，因其與《星球大戰》中的死星驚人地相似而聞名，可能在其冰殼之下蘊藏著液態水。如果這是真的，類似的海洋可能就隱藏在眼皮底下，外太陽系可能比之前認為的更宜居。
2014年，科學家首次發表證據表明彌瑪斯可能是一個水世界——這讓科學界陷入了長達十年的爭論之中。包括科羅拉多州博爾德市西南研究院的行星科學家艾麗莎·羅登在內的許多人，對此可能性持高度懷疑態度。他們的理由很簡單：彌瑪斯佈滿隕石坑的表面沒有顯示出內部海洋的跡象。與土衛二一樣，土星的引力應該攪動彌瑪斯內部的海洋水，導致表面冰層出現巨大的裂縫。但至今尚未觀察到此類裂縫。
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現在，潮汐可能已經轉變。羅登及其同事的一項研究和巴黎天文臺的瓦萊裡·萊尼及其同事的另一項研究，為海洋的存在提供了更有力的證據，甚至解釋了表面上的謎團。這兩項研究共同表明，彌瑪斯可能擁有一個年輕且不斷變化的海洋。如果是這樣，這提高了外太陽系充滿活力的可能性。這種可能性最令羅登興奮，她與Knowable Magazine 談論了潛在的海洋，以及為什麼它可能對科學家如此有益。
本次對話已編輯，以精簡篇幅並提高畫質晰度。
關於這些隱藏的海洋，我們瞭解多少？
在許多方面，它們看起來像我們自己的海洋——至少在它們可能由鹽水組成這一點上是如此。
我們知道，這些海洋世界擁有冰冷的表面，這可以從它們整體明亮的外觀中看出，望遠鏡和宇宙飛船的測量結果也證實了水冰的特徵。一些海洋衛星甚至具有足夠低的密度，表明它們內部可能混合了水冰和岩石。在熱量的作用下，水冰融化成液態水，液態水會侵蝕岩石，形成鹽水。在土衛二上，鹽水很方便地噴射到太空中。
鑑於外太陽系如此寒冷，是什麼產生了熱量？
遙遠的海洋起初似乎是不可能的。在離太陽如此遙遠的地方，很難獲得融化冰的熱量。但由於一個引力上的奇點，外太陽系可能非常溫暖。
以木星及其衛星木衛二為例。木星對木衛二施加強大的引力，使木衛二在木星方向上拉長。由於木衛二的軌道是偏心軌道——它會先靠近木星，然後再遠離——木衛二會隨著時間的推移被拉伸和釋放。這會在內部產生摩擦，從而提供維持液態海洋所需的熱量。
當我們於1979年旅行者號任務飛掠木星時，我們首次看到了木衛二可能存在地下海洋的跡象。木衛二看起來不像我們的月球，甚至不像內太陽系中的大多數天體。其冰冷的表面沒有很多隕石坑，而是佈滿了縱橫交錯的線條和移動過的破碎碎片。您不必非常仔細地觀察它，就能想象那裡正在發生一些不同的事情。
您提到了表面特徵。我們還依靠哪些其他證據來探測隱藏的海洋？
一種方法是觀察磁場。由於鹽水是導電的，因此它可以在衛星周圍產生磁場，從而擾亂行星的磁場。這是木衛二地下海洋的主要證據。
但這還不夠。多種證據結合在一起才能讓我們得出存在海洋的結論。例如，我們還可以考慮表面鹽分的測量結果，以及衛星的引力如何牽引宇宙飛船。由於岩石或液態金屬的密度與液態水的密度不同，因此這些牽引力的大小為物質提供了線索，以及物質在衛星內部的集中位置。
或者，我們也可以簡單地對衛星的面孔在其軌道上如何改變方向進行成像。一般來說，這些小衛星總是像我們的月球一樣，始終將其同一面朝向其母星。但是，當衛星在其軌道上移動時，其指向的方向可能會稍微來回移動——在可見部分產生擺動。擺動的程度取決於內部結構。海洋上方的冰殼比岩石上方的冰殼移動更自由，因此變化往往更大。這就是土衛二上海洋的探測方式。這也是彌瑪斯海洋的最佳證據之一。
讓我們來談談彌瑪斯。您是如何開始研究這顆衛星的？
當2014年關於彌瑪斯的論文發表時，我已經花了大約十年時間研究木衛二和其他冰衛星。那篇論文測量了擺動或天平動，即衛星的可見部分發生移動，表明彌瑪斯要麼擁有地下海洋，要麼擁有形狀奇特的核心。
但是海洋似乎是不可能的。彌瑪斯看起來很像我們的月球，表面佈滿了隕石坑。它沒有像木衛二那樣佈滿縱橫交錯的線條或破碎的碎片。當然，它也沒有像土衛二那樣噴射間歇泉。因此，我看了一眼彌瑪斯，就說：“不可能，那不可能是海洋衛星。” 然而，我意識到我無法反駁這個觀點。
多年來，我一直將彌瑪斯放在心上，最終在2023年為《地球和行星科學年度評論》撰寫了一篇論文。那篇論文排除了幾種海洋情景，只留下了一種選擇，即最近形成的海洋，遠晚於彌瑪斯本身。年輕的海洋可能是隱秘的。但這仍然只是一個假設。
最近的工作如何改變了局面？
2024年初，瓦萊裡·萊尼及其團隊報告了支援彌瑪斯存在海洋的新觀測證據。他們沒有觀察天平動，而是觀察了彌瑪斯軌道隨時間的變化——這些變化取決於內部結構。他們發現，這些變化無法用形狀奇特的核心來解釋，因此海洋是最可行的選擇。
我的團隊的研究於6月發表，進一步解釋了表面缺乏可見裂縫的原因。我們認為，海洋非常年輕——僅有1000萬年的歷史——以至於它只是最近才停止增長。我們認為，年輕的、翻騰的海洋的潮汐應力可能不足以使上方的冰層破裂。相反，真正需要的是海洋最終重新凍結時產生的應力。由於彌瑪斯的熱量正在流失，其軌道也隨著時間的推移變得不那麼偏心，因此重新凍結——在彌瑪斯上才剛剛開始——將導致上覆的冰層破裂。
研究表明，彌瑪斯最終可能會失去其海洋，這有點令人傷感，因為它才剛剛被人們認識到。但從另一方面來說，彌瑪斯可能會成為新的土衛二——土星新的最酷的衛星——擁有深深的裂縫，甚至可能噴射出水柱。
這項研究的宏觀意義是什麼？
我從地球物理學的角度對此感興趣。我們認為太陽系最早的時期是炎熱的時期，所有活動都發生在這個時期，然後一切都演變成更安靜的狀態。冥王星的衛星卡戎可能已經失去了海洋。木衛二和木衛三的海洋已經非常古老。一顆衛星可能在其歷史的後期形成新的海洋，並且我們可以親眼目睹？這太令人興奮了！它開啟了一種可能性，即任何世界，包括表面古老且佈滿隕石坑的世界，都可能正在經歷類似的轉變。
還有對宜居性的興趣——這些海洋是否適合支援生命。我們目前不知道太陽系中除了我們自己的海洋之外，是否還有其他海洋是宜居的、曾經宜居的或目前宜居的。但如果彌瑪斯真的擁有海洋，我們就可以瞭解這些世界是如何發展的，甚至瞭解棲息地是如何產生和消失的。能夠看到這些過程的發生——而不是總是看到很久以前發生的事件的最終狀態，這令人興奮。
哪些即將到來的任務可以告訴我們更多資訊？
歐洲航天局已經發射了木星冰衛星探測器，簡稱Juice，它將對木衛二以及木衛三和卡里斯托衛星進行詳細觀測，這些衛星都顯示出海洋的跡象。2024年秋季，NASA將把木衛二快船號送入木星軌道，以確定木衛二是否具備適合生命存在的條件。
天王星系統在NASA未來任務的議程中佔據重要地位，我從中看到了這項最新工作的最大意義。它與土星系統非常相似，包括擁有富含冰的中等衛星，類似於彌瑪斯和土衛二。如果彌瑪斯上存在年輕的海洋，那麼考慮到天王星的衛星中也可能存在水世界，這並不是一個巨大的飛躍。
本文最初發表於Knowable Magazine，這是年度評論的獨立新聞事業。註冊新聞通訊。