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2014-04-10 發現土衛二擁有液態海洋的證據

 
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Gravity measurements by Cassini spacecraft and Deep Space Network suggest that Saturn's moon Enceladus, which has jets of water vapor and ice gushing from its south pole, also harbors a large interior ocean beneath an ice shell, as this illustration depicts. Image credit: NASA/JPL-Caltech  羅馬智慧大學(Sapienza University of Rome)天文學家Luciano Iess等人研究卡西尼號太空船(Cassini spacecraft)和深空網(Deep Space Network)的觀測資料,發現土衛二(Enceladus)的地底有液態海洋,科學家們希望未來能進一步知道這個海洋是否可能成為外星微生物的家。

  直徑約500公里的土衛二是顆所謂的的冰衛星。卡西尼號於2005年拍攝到土衛二南極附近有冰噴泉的現象,間歇性地噴出大量水汽與水冰;當時科學家就懷疑土衛二內部應該有液態水。而近期最新的研究則利用重力測量方式,這是科學家首次提出土衛二內部結構的地球物理測量證據,證明土衛二內部有液態海洋。

  卡西尼號太空船迄今已經飛掠土衛二19次了。科學家利用其中在2010至2012年期間的3次飛掠進行精密軌道測量。美國航太總署(NASA)噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)科學家Sami Asmar等人採用都卜勒效應(Doppler Effect)的概念,當卡西尼號飛掠土衛二附近時,向土衛二發出雷達波,由於卡西尼號太空船的飛行速度與方向會受到土衛二的重力場擾動而改變,位在地球表面的深空網電波天線接收到的雷達波頻率隨之改變,藉此可測量土衛二的重力場;再從重力場的分佈狀況,可進一步推測土衛二的內部結構。

  分析資料後,這些科學家發現土衛二表層冰殼厚達30~40公里,在冰殼之下可能有深約6公里的液態海洋。如果土衛二真有地下海洋,那麼不僅可解釋南極虎紋裂隙和冰噴泉的來源,而且它將是太陽系中最適合微生物生存的地點之一。

  現今技術分析卡西尼號發出與深空網接收到的雷達波頻率,由此測出的太空船速度變化精確度小於每秒90微米(1微米等於於百萬分之一公尺)。在此精確度之下,飛掠資料產生的證據可信度也很高,而飛掠資料證明土衛二南極區內部的密度比其他地方還高。

  土衛二南極地表地貌凹陷,因此這局部地區對太空船的重力拖曳下降。然而,這個重力拖曳下降的程度,卻比由凹陷區大小估計出的程度還少,學者們因而推測此區地底必定有某種補償錯失—有高密度地質特徵將這個重力拖曳下降的程度「中和」了一些。而最可能的高密度地質特徵便是液態水,因為水的密度比冰還大7%左右。而由其重力異常的程度,可以估計出液態水的含量有多少。

  現在雖不確定是否真的是因地下海洋的存在,從而造成土衛二南極附近地表虎紋裂隙產生冰噴泉現象,不過這些科學家推測答案為「是」的可能性很高。這些裂隙多半是土衛二以橢圓軌道繞土星公轉的過程中,反覆受到土星潮汐作用使衛星本身變形加熱而導致部分地表破裂的結果。

  土衛二相關發現中,最刺激有趣的部分,當屬土衛二南極冰噴泉噴出物質中含有鹽水和有機分子,這些都是生命組成的基本成分。這代表若土衛二真的有地下海洋,在擁有如此潮濕環境的狀態下,或許我們對太陽系「適居區」的概念必須加以改變並擴充,甚至對太陽系以外的其他行星系統的適居區概念也得跟著改變,對渴望找到另一個地球的科學家衝擊頗大。

資料來源:http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-103, 2014.04.03, KLC

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