對於行星科學家來說，土衛彌瑪斯——土星的衛星之一——最出名的是它與《星球大戰》中死星驚人的相似之處。雖然土衛彌瑪斯肯定不是一種行星毀滅超級武器，但沒有人能夠肯定地說，在其冰殼下是否隱藏著大量液態水。但是一篇新的論文，今天發表在《自然》雜誌上，已經宣佈：這不是月球；這是一個海洋世界。而且這個新發現的海洋，出乎所有人的意料，在太陽系的時間尺度上似乎是一個名副其實的新生兒。
五十年前，很少有科學家會接受木星和土星的冰衛星內部存在海洋的概念。在如此遠離太陽的地方，很難獲得使海洋不凍結的熱量——除非它來自世界形成時遺留下來的深層內部熱量。但是，人們認為，微小的衛星應該早已失去了它們微薄的餘燼。然而，在過去的幾十年裡，一系列的航天器揭示了真相：木星、土星以及太陽系外圍的其他行星擁有若干個海洋世界，這些世界都不需要來自其誕生時的融冰內部火焰。
雖然在某些衛星（即木衛二歐羅巴和土衛二恩克拉多斯）中存在海洋的案例現在已是鐵證如山，但在包括土衛彌瑪斯在內的許多其他衛星中，情況仍然不明朗。理論上，液態水應該在土衛彌瑪斯的冰殼下流動：土衛彌瑪斯繞土星的橢圓軌道使衛星擺動得更靠近這顆環狀行星，然後又遠離它。這種排列方式週期性地擠壓著土衛彌瑪斯在土星引力中的位置。原則上，這種擠壓會產生足夠的內部摩擦和熱量來融化冰並維持海洋。
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但是土衛彌瑪斯沒有顯示出內部海洋的任何外部跡象。它佈滿隕石坑的表面似乎沒有受到下方任何水流攪動的影響，缺乏暗示其他冰衛星內部埋藏海洋存在的間歇泉和裂縫。這個悖論困擾了科學家多年。今天的這項新研究似乎已經解開了這個謎題。
“這是一篇很棒的論文，”柏林自由大學的行星科學家弗蘭克·波斯特伯格說，他沒有參與這項新研究。“土衛彌瑪斯在幾年前是一個熱門候選者，但我認為這篇論文敲定了它。”
為了找到土衛彌瑪斯的海洋，該研究的作者較少關注衛星的表面細節，而更多地關注其運動，透過卡西尼號宇宙飛船的檔案資料發現了其軌道上的一個明顯漂移，卡西尼號宇宙飛船在2017年結束任務之前對土星系統進行了13年的探測。研究人員表示，土衛彌瑪斯的部分漂移只能透過以下方式解釋：衛星本身的層狀結構具有一個冰殼，該冰殼在液態水海洋的頂部滑動。
但是土衛彌瑪斯地質上靜止的外部呢？這種表面停滯不前應該不可能發生在真正古老的海洋之上，因為大約1億年的時間足以讓下方的翻騰水域使上覆的冰殼破裂和破碎。因此，土衛彌瑪斯的海洋必定相對年輕。衛星高度偏心的軌道也提供了另一個重要的線索，因為如果沒有海洋來抑制土星和鄰近衛星的引力牽引，它的軌道將在數千萬年內變得幾乎呈圓形。總而言之，這些因素使該研究的作者估計，土衛彌瑪斯的海洋非常年輕，形成於2500萬至200萬年前之間——時間太近了，以至於其深淵的動盪無法破壞衛星冰凍的面貌。
“這對我們的影響是巨大的，”牛津大學的行星科學家卡莉·豪伊特說，她沒有參與這項新研究。第一個影響是你不應該以貌取衛星——海洋可能會恩澤其他看似惰性的冰冷天體，例如天王星和海王星的幾顆衛星，這些行星與土星一樣，都位於太陽系外圍，但很少被探索。第二個影響是，冰衛星海洋不必是古老而持久的；有些可能是初期、短暫的海洋。
土衛彌瑪斯內部的海洋也將加強一個革命性的想法，即一個世界可以在沒有沐浴在陽光溫暖的情況下適合生物生存。“也許大多數你擁有宜居條件的地方都不是我們所說的‘宜居帶’，”巴黎天文臺的天文學家，這項新研究的主要作者瓦萊裡·萊尼說。
願（潮汐）力與你同在
當美國宇航局的伽利略號探測器飛掠木衛二並記錄到來自該衛星的強烈磁訊號時，這個革命性的想法開始在 20 世紀 90 年代中期具體化。經過詳盡的排除過程，科學家們將一層相當大的導電流體——也就是鹹液態水海洋——單獨挑出來作為該訊號唯一合理的解釋。到 21 世紀初中期，當卡西尼號看到——並採樣——從土衛二恩克拉多斯南極噴出的明顯海水羽流時，正規化轉變顯然已經來臨：海洋實際上潛伏在科學家在太陽系外圍看到的每個地方。
土衛彌瑪斯是卡西尼號的下一個自然目標。與土衛二恩克拉多斯一樣，它也具有橢圓形軌道，這使其在土星引力場的深處和淺處穿梭。因此，有理由認為，土衛彌瑪斯的內部肯定受到了擠壓，產生了大量的融冰能量——這個過程被稱為潮汐加熱。
但是與土衛二恩克拉多斯不同，土衛彌瑪斯不僅缺乏間歇泉，而且還缺乏動態且年輕的表面。“你看看土衛彌瑪斯，它顯然在地質上是死的，對吧？”豪伊特說。它覆蓋著隕石坑，最著名的是赫歇爾隕石坑，這是一個 80 英里長的凹坑，帶有一個突出的中央山峰，使這個凹凸不平的衛星具有了死星的美感。如此鮮明、靜態的特徵很難與潮汐加熱海洋的存在相協調，而潮汐加熱海洋之上覆蓋著一個薄而不斷變化的冰殼。
由於沒有任何航天器計劃在近期訪問土衛彌瑪斯，因此已故的偉大的卡西尼號的檔案資料為解決這個難題提供了最佳機會。卡西尼號的觀測結果令人興奮。它們表明，與土衛二恩克拉多斯一樣，土衛彌瑪斯在其軸線上搖擺不定，就像一個失去動量的旋轉陀螺。土衛二恩克拉多斯這樣做是因為它的冰殼與其較遲緩的下層海洋脫鉤。因此，人們認為土衛彌瑪斯自身的晃動可能以同樣的方式產生。但是，這種可能性與另一種可能性無法區分：土衛彌瑪斯可能會被一個足球形的岩石核心保持偏離中心，而不需要任何海洋。
《自然》雜誌論文的作者設計了一種方法來區分這兩種可能性：他們將檢查卡西尼號記錄的土衛彌瑪斯的軌道漂移。土衛彌瑪斯對土星引力的響應會因衛星的內部結構而略有不同，從而導致其繞行星軌道漂移發生獨特但細微的變化。“無論是冰殼在海洋上滑動，還是[整個衛星因細長的岩石核心而晃動的情況]，軌道上的訊號都會有所不同，”萊尼說。研究人員發現，在卡西尼號停留在土星系統期間，該衛星的環繞軌道漂移了約 10 公里——這一速度與一個未知深度的液態水海洋在 20 至 30 公里厚的光滑冰殼下晃動的情況相符。
永恆的混亂
土衛彌瑪斯擁有海洋的發現非常有趣——但該海洋被推斷出的年輕性才是在科學界引起震動的原因。“其影響令人深思，因為它們非常令人驚訝，”加州大學聖克魯茲分校的行星科學家弗朗西斯·尼莫說，他沒有參與這項新研究。
土星已經有 45 億年的歷史了，長期以來人們一直認為它壯麗的環也同樣古老。但是今天，大多數天文學家都同意，這些看起來年輕的環很可能只有 1 億多年的歷史，這可能是多衛星破壞德比的殘餘物。將此與土衛彌瑪斯擁有不超過 2500 萬年曆史的海洋的估計值進行對比，這種神秘感就更深了。“它真的很年輕，”尼莫說。這意味著“在太陽系歷史的最後 0.1% 中發生了一些特殊的事情”來形成海洋。但那是什麼呢？
“真相是，我們不知道衛星的年齡，”萊尼說。也許土衛彌瑪斯和其他幾顆土星衛星實際上是嬰兒，是最近從相互撞擊的較老衛星的碎片中新近鍛造而成的，正如最近的研究表明的那樣。土衛彌瑪斯可能和它的海洋一樣年輕。
或者，土衛彌瑪斯可能形成於大約 1 億年前，大約在土星環凝聚的時候——或者土衛彌瑪斯可能與土星本身一樣古老。無論哪種方式，那都意味著它的橢圓形、內部烹飪軌道——部分受到其鄰近衛星土衛二恩克拉多斯和土衛三忒提斯引力牽引的塑造——必定是最近才出現的。土衛彌瑪斯很可能很古老，而它當前的軌道配置及其伴星是土星系統中真正的——也是暫時的——新來者。
這些可能性強調了一個基本的見解：儘管太陽系目前的有序結構對於人類的計算來說似乎是固定不變的，但它的許多細節都搖搖欲墜，隨時可能發生突然的、徹底的變化。對於萊尼來說，土星系統在秩序與混亂之間奇特的平衡是這一更偉大真理的象徵。“這個系統一直在進化，”他說，從遙遠的過去到現在。
關於土衛彌瑪斯上是否存在海洋，“目前，我會認同‘可能’甚至‘很可能’，”西南研究所的行星地球物理學家艾麗莎·羅登說，她沒有參與這項新研究。但她指出，她自己正在進行的研究獨立地支援非常年輕的海洋的存在。她和她的同事也懷疑，在未來 1000 萬年內，土衛彌瑪斯持續軌道演化造成的潮汐加熱減少將使該衛星更像土衛二恩克拉多斯：它的冰殼將略微增厚，形成全球性裂縫，海洋噴泉將從中湧入太空。
“我認為土衛彌瑪斯告訴我們的是，衛星的演化不僅僅是一個持續走向默默無聞的過程，”羅登說。感謝奇特的天體和諧，無論新舊，“有時最奇妙的事物會在最不可能的地方被發現。”