土卫二如何从其表面下的海洋中喷射颗粒

虽然土卫二相对较小，但它是土星83颗卫星中的第六大卫星，被天文学家认为是我们太阳系中最引人注目的天体之一。

土卫二因其外观和行为而与其他天体不同。它具有天文学家迄今为止观察到的最白和反射率最高的表面。它以喷出微小的冰冷二氧化硅颗粒而闻名 - 其中如此之多，以至于这些颗粒是土星周围第二个最外层环的重要组成部分，即所谓的E环。

土卫二的特点是一个“海洋世界”，一个拥有大量液态水的天体。但与地球上位于地球表面的海洋不同，土卫二的海洋受到厚厚的冰层的保护。然而，冰并没有完全捕获海洋：来自广阔水域的一些物质在土卫二温暖的南极附近从被称为“虎纹”的冰层大裂缝中释放出来。

土卫二喷射的二氧化硅颗粒在海底开始了它们的旅程，远远低于月球表面 - 迄今为止，科学家们还不知道这是如何发生的，也不知道这个过程需要多长时间。

由加州大学洛杉矶分校科学家领导的一项新研究提供了一些答案。研究表明，土卫二岩石核心的潮汐加热会产生运输二氧化硅的洋流，二氧化硅很可能在短短几个月内由深海热液喷口释放。

该研究发表在Communications Earth & Environment上。

加州大学洛杉矶分校行星科学博士生阿什利·舍恩菲尔德(Ashley Schoenfeld)领导了一个小组，分析了美国宇航局卡西尼号航天器收集的有关土卫二轨道，海洋和地质的数据。科学家们构建了一个理论模型，可以解释二氧化硅跨海的运输。

土卫二活跃的地质是由潮汐力推动的，因为它绕土星运行 - 月球被重力拉扯和挤压。这种变形在月球的冰壳及其深层岩石核心中产生摩擦，新模型表明，摩擦加热海底足以产生将二氧化硅颗粒输送到表面的电流。

“我们的研究表明，这些流动足够强大，可以从海底拾取物质，并将它们带到将海洋与太空真空分开的冰壳，”Schoenfeld说。“穿过冰壳进入这个地下海洋的虎纹裂缝可以作为捕获物质被抛入太空的直接管道。土卫二为我们提供了隐藏在地下深处的免费样本。

卡西尼号在羽流中发现了大量的氢气，这些氢气与二氧化硅一起，为海底的热液活动提供了令人信服的证据。加州大学洛杉矶分校领导的团队设计的理论模型通过展示该过程的合理时间表以及解释为什么羽流含有二氧化硅的令人信服的机制来加强这一假设。该模型还有助于解释为什么其他材料与二氧化硅颗粒一起被输送到表面。

“我们的模型进一步支持了海洋中的对流湍流有效地将重要营养物质从海底输送到冰壳的想法，”第二作者Emily Hawkins说，他是加州大学洛杉矶分校的校友，现在是洛约拉马利蒙特大学的物理学助理教授。

在地球上，类似的深海热液喷口拥有许多迷人的生物，它们以喷口释放的矿物质为食。

未来，航天器可以收集更多数据，使科学家能够进一步研究土卫二潜在热液喷口系统的物理和化学特性。为了确定这些喷口是否可以支持生命，科学家需要测试羽流中生物活动的化学痕迹，称为生物特征;这项新研究提供了一些指导，应该有助于寻找这些生物特征。

美国宇航局未来十年的计划包括飞越、绕轨道和降落在土卫二上的任务，以收集更多信息。加州大学洛杉矶分校领导的团队计划开发额外的模型，以帮助制定这些任务的计划。

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