土衛(wèi)二噴泉顯示地下?lián)碛芯薮笙趟Ｑ?/h1>
2011-04-14 01:47:48
科技傳播 2011年13期
科學家已經獲得了迄今最有力的證據(jù)，證明土星的一顆小衛(wèi)星——土衛(wèi)二表面之下?lián)碛幸粋€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(wèi)二南極地區(qū)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(wèi)二是一顆個頭較小的衛(wèi)星，是土星已知19顆衛(wèi)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(jù)詳細的成像觀測顯示，這個噴泉的噴口是土衛(wèi)二南極地區(qū)的一片所謂“虎斑”地區(qū)（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(huán)中的E環(huán)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)在離土衛(wèi)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(huán)的成分組成；但在靠近土衛(wèi)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(jù)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(xiàn)像這樣生成持續(xù)的富鹽顆粒噴流，除非土衛(wèi)二的地表之下?lián)碛幸粋€咸水的海洋?！?/p>
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(wèi)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?！彼f：“盡管我們發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二的噴泉物質中，99%的成分是富鹽的顆粒，但是土星的E環(huán)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(fā)現(xiàn)。但現(xiàn)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(wèi)二表面，只有那些貧鹽的小顆粒成功逃離，進入了土星光環(huán)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?？赡軄碜砸粋€地下海洋的蒸發(fā)，而非土衛(wèi)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(wèi)二表面的冰體形成的，那么其成分中不會出現(xiàn)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(wèi)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(tài)的熱量來自土星和其他衛(wèi)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(jù)測算，按照土衛(wèi)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(wèi)二上這顆海洋應當擁有一個較大的揮發(fā)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(wèi)二南極地區(qū)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(fā)面?！?/p>
有關這項研究的論文已經發(fā)表在英國《自然》雜志。
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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(wèi)二是一顆個頭較小的衛(wèi)星，是土星已知19顆衛(wèi)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(jù)詳細的成像觀測顯示，這個噴泉的噴口是土衛(wèi)二南極地區(qū)的一片所謂“虎斑”地區(qū)（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(huán)中的E環(huán)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)在離土衛(wèi)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(huán)的成分組成；但在靠近土衛(wèi)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(jù)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(xiàn)像這樣生成持續(xù)的富鹽顆粒噴流，除非土衛(wèi)二的地表之下?lián)碛幸粋€咸水的海洋?！?/p>
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(wèi)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?！彼f：“盡管我們發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二的噴泉物質中，99%的成分是富鹽的顆粒，但是土星的E環(huán)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(fā)現(xiàn)。但現(xiàn)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(wèi)二表面，只有那些貧鹽的小顆粒成功逃離，進入了土星光環(huán)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?？赡軄碜砸粋€地下海洋的蒸發(fā)，而非土衛(wèi)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(wèi)二表面的冰體形成的，那么其成分中不會出現(xiàn)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(wèi)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(tài)的熱量來自土星和其他衛(wèi)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(jù)測算，按照土衛(wèi)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(wèi)二上這顆海洋應當擁有一個較大的揮發(fā)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(wèi)二南極地區(qū)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(fā)面?！?/p>
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