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土星的第六大衛星土衛二,是一個充滿矛盾的冰冷天體。以行星尺度而言,它非常微小——整個衛星可以舒適地容納在美國新墨西哥州的邊界內——然而它卻表現出通常為太陽系中大型天體保留的地質活動水平。
從土衛二的南極噴發出類似間歇泉的噴流,水柱從被異常溫暖的裂縫(被稱為“虎紋”)分割的區域向外噴射。但無論如何,這顆衛星透過這個地質活動活躍的區域損失的能量遠遠超過了它所能承受的。澳大利亞麥考瑞大學的行星科學家克雷格·奧尼爾說,這種差異是“土衛二的突出問題,就像拇指上的瘡疤一樣顯眼”。
在週日線上發表於《自然-地球科學》上的一篇論文中,奧尼爾和加州大學聖克魯茲分校的行星科學家弗朗西斯·尼莫提出了一個模型,以解決土衛二熱量產生和熱量損失之間的差異。奧尼爾和尼莫表示,土衛二南極的極端熱量損失可以用一個模型來解釋,該模型認為,現在土衛二上可見的地質噴發大約每十億年才發生一次。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)
當土衛二繞土星執行時,這顆巨大行星的引力會使這顆冰冷的衛星彎曲,從而在衛星上產生潮汐熱。“由於土衛二的軌道不是完全圓形的,當它繞土星執行時,它會時而靠近土星,時而遠離土星,因此它感受到的引力也在略微變化,”尼莫解釋說。“它正在被擠壓和拉伸,擠壓和拉伸。就像你手裡拿著一個橡皮球一樣,如果你擠壓和拉伸,擠壓和拉伸,它就會升溫。” 尼莫說,土衛二熱量來源的其他貢獻者,例如衛星核心中的放射性衰變,似乎是相對次要的因素。
但是,潮汐加熱機制必須比現在強大數倍,才能產生土衛二從其南極區域釋放出的熱量。除非,正如奧尼爾和尼莫提出的那樣,我們現在在土衛二上看到的只是一種有些異常的行為——短暫的構造活動,重新覆蓋了衛星的有限區域。在新模型中,“實際發生的情況是,熱量在數十億年間被積聚在內部,”奧尼爾說。“它正在累積到一個臨界水平,然後以一次大的活動脈衝釋放出來。”
這種活動脈衝只會持續約一千萬年,奧尼爾將其描述為“地質學上眨眼一瞬間”。換句話說,數百萬年後的天文學家在觀察土衛二時,可能會看到一個平靜得多的表面。但是,如果這種週期性的構造行為在整個太陽系中具有部分再表面跡象的冰衛星中是普遍存在的,那麼未來的天文學家可能會在其他目前處於休眠狀態的衛星上看到噴發。
斯坦福大學地球物理學教授諾姆·斯利普稱該提案是一個“極好的開端”,具有成功模型所需的特性。戴夫·斯特格曼是加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯海洋研究所的地球物理學家,他說“該模型的某些方面似乎可以解釋以前未解決的一些謎團般的觀測結果。” 同時,斯特格曼說,間歇性構造活動出現在“極其狹窄的視窗”引數中,因此觀察未來更精細的模型是否會支援該提案將是一件有趣的事情。
尼莫承認,“我們的模型並沒有真正涉及細節;我們模型所做的只是說,從表面這一部分割槽域散發出的熱量大致是我們看到的,也大致是我們的模型給出的。” 試圖將虎紋等特定地質特徵與間歇性構造活動的預測相匹配,將是檢驗該模型可行性的重要一步。“我認為下一步將是‘放大’,”尼莫說,“並嘗試看看該模型產生的行為是否與地表的地質特徵相關。”