太陽系各地水體噴發

最近閱讀科學頭條,人們可能會原諒自己,認為我們正在經歷一場行星際腸胃不適。

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土衛二、木衛二和穀神星(穀神星是藝術家的印象)

最近閱讀科學頭條,人們可能會原諒自己,認為我們正在經歷一場行星際腸胃不適。

首先,土星的小衛星土衛二繼續從其南部冰冷表面的扭曲裂縫中噴射出我們認為是巨大的鹹水噴霧——卡西尼號宇宙飛船在過去十年中的大部分時間裡都拍攝到了壯麗的影像。其次,就在幾周前,有訊息稱哈勃太空望遠鏡捕捉到木星的衛星木衛二 似乎也在做同樣的事情。探測到氣態水羽流從這個冰冷衛星的南部區域(這些天體的南極到底是怎麼回事?)噴出,與其85小時軌道的遠木點同步。而且,最近,現已停止執行的赫歇爾太空望遠鏡給我們留下了資料表明矮行星穀神星(或大型小行星,或大型彗核狀天體,隨便你怎麼稱呼它,真的)經常從其表面斑塊中噴出水。


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那麼到底發生了什麼?

很大程度上與我們感知和測量整個太陽系現象的能力越來越強有關。但還有一個顯而易見的事實,那就是到處都有水,做著各種各樣的事情;我們只是以前沒有發現它從這些天體中噴射出來。

就直徑 1,900 英里的木衛二而言,我們長期以來一直懷疑在其外部冰殼下數十英里處可能存在廣闊的液態水海洋。證據一直是間接且多樣的,但總而言之,它非常令人信服。

例如,木衛二的表面特徵與我們對一個世界的預期非常吻合,這個世界的內部透過岩石核心中的放射性和木星可怕的引力場造成的潮汐彎曲相結合而保持溫暖——維持著一個地表下液態水層,其體積可能是地球所有海洋體積的兩倍

有大片'混亂'地形,類似於重新凍結的冰山滾落場。較光滑的區域顯示出很少的隕石坑,看起來地質年齡較輕,並且從下方填充。奇怪地凸起、類似腫塊的裂縫或線條縱橫交錯地遍佈表面——彷彿冰冷的板塊已經張開和閉合,擠出了一些內部物質。此外,在 1990 年代,伽利略號宇宙飛船探測到來自木衛二的感應磁場,這與地表下的電介質物質一致。鹹水海洋可以很容易地符合要求,並且還可以留下奇怪的硫酸鹽沉積物,現在被探測到,像是木衛二寒冷外部的腮紅。

哈勃望遠鏡發現的水羽流(誠然,它處於探測的邊緣)隨著木衛二的軌道及其潮汐彎曲而來來去去——與更深海洋的畫面完美契合,這種海洋可以滲出,甚至噴發出來,以翻新衛星的外部。看起來木衛二確實已經報告了,讓我們得以一瞥那神秘的深淵。

小小的土衛二,直徑 314 英里,只有矮行星穀神星的一半大小,其冰冷的間歇泉劇烈噴發,為土星的 E 環提供鹹味粒子。這裡也一定是富含溶解化合物的地下水在作祟,但我們尚不清楚內部的精確構造。它可能是由與岩石核心接觸的上升水流滋養的袋狀湖泊,或者是一個真正的隱藏海洋。我們也不明白這個微小的衛星如何能夠持續產生這兩種情況所需的千兆瓦功率。相當大的放射性衰變和潮汐彎曲似乎是必要的,但很難解釋。

對於木衛二和土衛二來說,大量富含礦物質的液態水的可能存在提高了在地球之外找到生命的希望。陸地化學自養微生物(如果你喜歡,可以稱之為食巖菌)的類似物可能非常擅長生活在這些地方的黑暗深處。它們是否能在那裡起源是另一個問題。

現在我們來說說穀神星,這是一個直徑 600 英里的天體,在一條緩和的橢圓軌道上繞太陽執行,其軌道距離太陽約 2.55 天文單位到 2.98 天文單位之間,公轉週期為 1,680 天。與遙遠的木衛二或土衛二相比,穀神星在水方面處於更加岌岌可危的境地。這是一個可能存在足夠太陽熱量導致固態冰“沸騰”或昇華到太空的區域。目前的資料似乎表明,這種沸騰,就像彗星核的沸騰一樣,是穀神星水噴發的更可能的原因——與其最接近太陽的時間相吻合。然而,仍然有可能存在一個內部層,液態水可能存在於其中,被岩石核心加熱並被冰凍的地殼隔熱,並且容易發生冰火山噴發。

穀神星 - 由哈勃太空望遠鏡觀測到(來源:NASA/STScI)

好訊息是,2015 年,NASA 的黎明號宇宙飛船將抵達穀神星並在軌道上停泊。這絕對可以算作近年來太空探索最幸運的時刻之一。“黎明號”將確認穀神星的表面成分,並可能直接見證赫歇爾儀器探測到的活躍失水現象。

無論穀神星僅僅表現得像彗星一樣,還是在地質物理學上是活躍的,更大的謎題實際上可能是為什麼穀神星擁有如此多的本土水,而黎明號之前的宿主,直徑 320 英里的小行星/小行星灶神星卻沒有。灶神星的軌道相似,但成分卻大相徑庭,顯示出過去廣泛的加熱和火山活動的跡象,這些活動用火成岩淹沒了其表面。

最可能的解釋是穀神星形成於我們新生太陽系中離太陽更遠的地方,獲得了更多的凍結水,反過來又改變了其地球物理歷史。但要使其到達現在的位置,46 億年前一定發生了相當大的天體位置混合。人們懷疑外行星經歷了一些軌道調整,它們的引力拉力擾亂了我們現在稱之為小行星帶的天體,但我們不太清楚這是如何發生的。瞭解穀神星的真正構成將有助於填補更多空白。

因此,太陽系各地水體的噴發不僅僅是行星消化不良的案例,而是瞭解我們周圍一切事物的更深層起源和演化的又一條線索。

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