土卫二喷泉显示地下拥有巨大咸水海洋

科学家已经获得了迄今最有力的证据，证明土星的一颗小卫星——土卫二表面之下拥有一个巨大的咸水海洋。

在最近的一次飞掠中，美国宇航局的卡西尼土星探测器采集了从土卫二南极地区喷出的冰晶喷泉颗粒物。

这个“太空喷泉”是非常罕见的奇观，有大量的水汽和冰晶微粒被喷射进入太空。土卫二是一颗个头较小的卫星，是土星已知19颗卫星中的一颗。2005年，正在土星轨道运行的卡西尼号率先注意到了这个喷泉的存在。

根据详细的成像观测显示，这个喷泉的喷口是土卫二南极地区的一片所谓“虎斑”地区（tiger stripe），这事实上是一片裂谷地带，有很多平行和交错的断裂带存在。这个喷泉产生的物质成为土星光环中的E环的重要物质来源。

2008年至2009年间，卡西尼3次穿越喷泉柱，飞船上搭载的宇宙尘埃分析器（CDA）对新鲜的喷泉喷出颗粒成分进行了分析。

探测结果发现，这些冰晶颗粒以每秒超过11英里(约合17.7公里)的速度撞击探测器并迅速汽化。设备随后对这些气体进行化学分析。

科学家们发现在离土卫二表面稍远的位置上，喷泉中的成分明显细小且缺少冰晶，比较接近土星E环的成分组成；但在靠近土卫二表面较低空的位置，喷泉柱则是由颗粒明显较大，富含盐分的冰晶颗粒占据绝对地位。

这项研究的首席科学家弗兰克·波斯特伯格（Frank Postberg）来自德国海德堡大学。他说：“目前认为，没有任何可行的方法可以实现像这样生成持续的富盐颗粒喷流，除非土卫二的地表之下拥有一个咸水的海洋。”

论文合著者，来自美国科罗拉多大学波尔多分校的萨斯查·科恩普夫（Sascha Kempf）补充道：“研究显示，从土卫二南极地下喷出的颗粒中，那些较细小，贫盐的颗粒的速度明显要大于那些较粗大，富盐的颗粒。”他说：“尽管我们发现土卫二的喷泉物质中，99%的成分是富盐的颗粒，但是土星的E环的成分主要是这种细小，贫盐的颗粒。这是一个意料之外的发现。但现在我们知道，这是由于这些较大的颗粒运动速度较慢，最后都落回了土卫二表面，只有那些贫盐的小颗粒成功逃离，进入了土星光环体。”

研究人员们表示，这些富盐颗粒的成分接近海洋水体，这暗示其中大部分，甚至全部冰晶颗粒可能来自一个地下海洋的蒸发，而非土卫二的表面。

当盐水缓慢冻结，会有盐分被“挤出”，只留下纯净的淡水。如果这个喷泉是由土卫二表面的冰体形成的，那么其成分中不会出现那么高的盐分含量，但是事实并非如此。

由此，科学家们推断，在土卫二的地下大约50英里处(约合80.5公里)，在岩质内核和冰质地幔之间存在一片水体海洋。其保持液态的热量来自土星和其他卫星对其施加的引力潮汐作用导致的星体扭曲，以及其内部的放射性元素衰变。

根据测算，按照土卫二南极喷泉目前的速度，其每秒大约要损失440磅（约合200公斤）的物质。

计算还显示土卫二上这颗海洋应当拥有一个较大的挥发面积，否则它会在很短的时间内凝结，从而导致喷泉停止。

科恩普夫总结说：“此次的研究结果显示土卫二南极地区的这一喷泉物质几乎全部来自一个地下咸水海洋，并且这个海洋拥有一个面积较为可观的出露挥发面。”

有关这项研究的论文已经发表在英国《自然》杂志。

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