从卡西尼航天器上看到的土星的第四大卫星恩克拉多斯
科学家周四宣布,土星的一颗卫星内部存在一个与苏必利尔湖大小相当的水体,夹在这颗卫星的冰冷外壳与岩石内核之间。
发表于《科学》杂志的前述发现确证了一些行星科学家自2005年以来对土卫二“恩瑟拉多斯”(Enceladus)的猜想。那一年,有照片显示这颗卫星的南极存在冰晶间歇喷涌的现象,这些科学家对此深感震惊。
“我们的发现为海洋的存在提供了强有力的证据,”加州理工学院(California Institute of Technology)的行星科学教授、前述《科学》论文的作者之一戴维·J·史蒂文森(David J. Stevenson)说。
在许多研究人员看来,这颗体积小、表面光滑、直径略微超过300英里(约合483公里)的白色卫星已经成了太阳系里最有可能找到地外生命的地方,其可能性甚至超过了火星。
“绝对是恩瑟拉多斯,”科罗拉多大学(University of Colorado)天体物理学和行星科学教授拉里·W·埃斯坡西托(Larry W. Esposito)说。“因为那里现在就有温暖的水体。”拉里没有参与前述研究。
恩瑟拉多斯受到土星和土卫四狄俄涅(Dione)的引力作用,引力使它的冰冻表层发生扭曲,产生了摩擦和热量。自从发现间歇喷涌的冰晶以来,美国国家航空航天局(NASA)的卡西尼(Cassini)航天器一再对恩瑟拉多斯进行近距离观测,给冰晶涌出的裂缝(俗称虎纹断裂带)拍照、测量温度,同时寻找可以构成生命的碳基有机分子。
卡西尼没有配备能直接探测卫星表面下方是否有水的工具,2010年至2012年的三次近距离观测都是为了绘制一幅显示重力场的图,指明各处引力的强弱。在为时只有几分钟的近距离观测中,NASA深空网络(Deep Space Network)的无线电天文望远镜会向航天器发射一个讯号,航天器再把讯号发回地球。由于恩瑟拉多斯的引力作用,航天器会经历加速再减速的过程,无线电讯号的频率也会随之改变,就像火车经过人们面前时,汽笛声也会时高时低一样。
科学家们利用地球上的原子钟测量无线电讯号的频率,精确度非常高,足以让他们看出数百亿英里之外的卡西尼号的速度变化,即便是每小时14英寸的微小变化。
他们发现,这颗卫星的引力在南极要弱一些。乍看起来,这一点不足为奇,因为南极有一个低气压带,质量比较小,引力本来就应该弱。然而,那片低气压带非常大,引力应该比实际观测结果还要弱。
“所以你会说,‘啊哈,肯定有什么东西形成了补偿,’”史蒂文森博士说。“冰层下面有某种密度较大的物质。合理的推测就是水。”
液态水的密度比冰大8%,这样一来,地表下面20至25英里处存在海洋的发现就与重力测量结果相符。史蒂文森说,“这片海洋从南极向各个方向延伸,大约延伸到了与南和赤道距离相等的位置。”
这片地下海最深可达六英里,深度远远大于湖泊。“它的水量比苏必利尔湖大得多,”史蒂文森说。“还可能(比现在认为的)更大。这片海洋可能一直延伸到了北极。”
NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)研究地外生命可能性的行星科学家克里斯多弗·P·麦凯(Christopher P. McKay)表示,这个结论并不出乎意料,不过,“它以一种非常有说服力的方式确证了一件多少属于标准模型的事情。”该中心位于加州山景市。
这也使恩瑟拉多斯成为了一个更具吸引力的未来任务目的地,特别是以下任务——从羽状水蒸气中收集样本,然后送回地球,看它们是否包含微生物。
有关太阳系地外生命可能性的讨论主要集中在四个星体上:火星、恩瑟拉多斯、木卫二欧罗巴(Europa)、以及土卫六“泰坦”(Titan)。
麦凯博士没有参与前述的重力测量。他指出,众所周知,只有恩瑟拉多斯拥有生命的四个基本要素:液态水、能量、碳和氮。至少是就地球的情况而言,生命的存在必须以这四个要素为前提。
他说,“要我说,这是我们最好的机会。”
kk
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