“隐形”海洋世界:土卫一Mimas拥有内部海洋的证据被发现

美国西南研究院(SwRI)的一位科学家着手证明土星卫星Mimas是一颗冰冻的惰性卫星,但却发现了令人信服的证据,即Mimas有一个液体的内部海洋。在美国宇航局(NASA)卡西尼号任务的最后几天,该航天器在该卫星的旋转中发现了一个奇怪的天平动或振荡,这通常指向一个能够支持内部海洋的地质活跃体。

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SwRI的Alyssa Rhoden博士说:“如果Mimas有海洋,它代表了一类新的小型‘隐形’海洋世界,其表面不会暴露出海洋的存在,”她是冰卫星地球物理学专家,主要研究那些含有海洋的卫星,以及巨行星卫星系统的演变。

在过去的25年中,行星科学最深刻的发现之一是,在我们的太阳系中,岩石和冰层下有海洋的世界很常见。这样的世界包括巨行星的冰卫星,如木卫二Europa、土卫六Titan和土卫二Enceladus,以及像冥王星这样遥远的行星。像地球这样有表面海洋的世界必须位于与恒星的狭窄距离范围内,以保持支持液体海洋的温度。然而,内部水海洋世界(IWOWs)在更大的距离范围内被发现,大大扩展了整个银河系可能存在的宜居世界的数量。

Rhoden说:“由于Mimas的表面有严重的火山口,我们认为它只是一块冰冻的冰块。IWOWs,如Enceladus和Europa,往往是断裂的,并显示出其他地质活动的迹象。事实证明,Mimas的表面在欺骗我们,我们的新认识极大地扩展了我们太阳系及以外的潜在宜居世界的定义。”

潮汐过程将轨道和旋转的能量以热量的形式在卫星中消散。为了与从Mimas的天平动推断出的内部结构相匹配,月球内部的潮汐加热必须大到足以使海洋不被冻结,但小到足以维持一个厚厚的冰壳。利用潮汐加热模型,研究小组开发了数值方法,为液态海洋上14至20英里厚的稳态冰壳创造了最合理的解释。

“大多数时候,当我们创建这些模型时,我们必须对它们进行微调以产生我们所观察到的东西,”Rhoden说。“这次内部海洋的证据只是从最现实的冰壳稳定性方案和观察到的标度中跳出来。”

研究小组还发现,来自表面的热流对冰壳的厚度非常敏感,这是一个航天器可以验证的事情。例如,朱诺号航天器计划飞经Europa,并使用其微波辐射计来测量这个木卫二卫星的热流。这些数据将使科学家能够了解热流如何影响海洋世界的冰壳,如Mimas,随着NASA的 Europa Clipper 接近2024年的发射,这一点特别令人感兴趣。

Rhoden说:“尽管我们的结果支持在Mimas内有一个存在的海洋,但要把这颗卫星的轨道和地质特征与我们目前对其热轨道演变的理解相协调是具有挑战性的。评估Mimas作为一颗海洋卫星的地位将为其形成和演变的模型提供基准。这将帮助我们更好地了解土星环和中型卫星,以及潜在的可居住的海洋卫星的普遍性,特别是在天王星。Mimas是一个引人注目的继续调查的目标。”

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