冰泵效应：冰层厚度决定地外海洋宜居程度

我们太阳系的海洋卫星也许是可居住的——它们的冰冻外壳保存着证据

科学家们认为一种在南极洲冰架发现的机制也可能存在于木卫二和土卫二上。

卡西尼探测器拍下的一组土卫二照片。图片来源：NASA/喷气推进实验室/太空科学机构

一项新的研究表明，在太阳系拥有海洋的卫星上，冰层的厚度也许能提供关于这些神秘天体是否宜居的线索。

这项研究由来自康奈尔大学的团队领导，从南极洲冰架的测量中得到启发。由水下机器人获取的测量结果被用于分析冰层厚度的变化与冰下水域温度之间的联系。因此，团队开始思考，这些观测结果是否能应用到太阳系的卫星上？

如果我们能在地球轨道处执行这样的观测任务，它们也许能为研究我们星球之外的海洋世界的冰冻外壳及其下方的海洋之间的联系提供启示。相应地，这一切也许能暗示那些世界的可居住潜能。

“如果我们可以测量那些冰壳的厚度变化，我们就能得到冰下海洋的温度范围，除了钻探之外，目前还没有任何别的方式可以得到这些信息。”布里特尼·斯奇米蒂特，康奈尔大学天文学、地球与大气科学的副教授，这项研究的第一作者，在声明中说道，“这给了我们探究这些海洋的运作方式的另一种工具。最大的问题是，那里有东西生存吗？它们可以吗？”

覆盖着冰层的卫星，例如土星的土卫二或木星的木卫二和木卫三，被认为在它们冰封的表面下保有广大的海洋。一些这样的海洋也许能拥有利于有机生命体产生的条件。这些卫星世界被认为是最有可能存在某些形式的地外生命的天体。然而，即使已经抵达那里，在这些卫星的冰冻地壳——它们可能有超过十英里（16千米）那么厚——之下探测那些生命，依然是一项复杂的技术性挑战。在距离我们的星球如此遥远的地方，科学家们要如何穿透这样坚固的外壳？

前往这些冰封世界的太空探测器，例如NASA预定于今年晚些时候发射的“欧罗巴快船”，也许能利用它们的精密仪器为这个领域提供一些答案。然而，最重要的是，它们应该想要搜寻什么？

团队在南极洲的观测显示，海面之上的冰层和它下面的水体以一种俗称为“冰泵”的方式互动。据研究人员所说，冰层厚度的不同意味着下面的液态水承受着不同的压力，这影响了水的熔点和冰点。当水被更厚的冰层覆盖的时候，压力增加，冰点温度下降，意味着沉在水中的冰块有时会融化。从这些冰层中释放出的水会比周围的环境更温暖，它们因此会上浮，从而在更靠近冰层表面的地方重新冻结。这就是“冰泵”过程。

欧罗巴快船飞越冰冻卫星的艺术想像图。图片来源：NASA/喷气推进实验室

这种机制，正由研究者们所说，“导致了冰块独特的成分和质地，并且影响了地球上的冰下栖息地的分布。”与此同时，他们相信同样的“冰泵”过程也能发生在木卫二，土卫二和木卫三上——甚至有可能出现在土星的卫星土卫六上。

“冰壳的形状与冰下海洋的温度之间有一种关联，”斯奇米蒂特说道，“这是一种全新的方法，可以从测量冰壳的过程中得到更多启发，那些我们希望能从木卫二和其它星球当中得到的信息。”

2004年至2017年间，在土星及其卫星之间的轨道上运行的NASA的卡西尼探测器测量了土卫二的冰壳，表明了这颗卫星表面以下的海洋的温度可能在30到29.7华氏度之间（-1.095至-1.272摄氏度之间）。对卫星表面各部分温度如何变化的理解将有助于确定海洋的循环活动，研究人员表明这有可能会影响它的宜居性。研究者们认为土卫二上的冰泵效应会比木卫二上的弱，因为产生它们的环境规模相对更小。

这项研究发表于《地球物理研究期刊》二月刊上。

相关知识

木卫二又称为“欧罗巴”（英语：Europa，IPA: /juˈroʊpə/；希腊语：Ευρώπη），木星的天然卫星之一，由伽利略于1610年发现（不久之后又由西门·马里乌斯独立发现），是四颗伽利略卫星中最小的一颗。在已知的95颗木星卫星中，木卫二是直径和质量第四大，公转轨道距离木星第六近的一颗。

木卫二稍微比月球小，主要由硅酸盐岩石构成，并具有水-冰地壳[9]，和可能是一个铁-镍核心；有稀薄的大气层，主要由氧气组成；表面有大量裂缝和条纹，而陨石坑比较罕见，有在太阳系任何已知的固体物体的最光滑表面[10]。

BY:Tereza Pultarova

FY: 奈亚拉托离谱

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来源: 天文在线