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轨道离心率可能导致土卫一形成年轻的地下海洋

发布单位:台北市立天文科学教育馆

当土星的卫星土卫一(Mimas)的轨道离心率降低到现在的大小时,导致其冰壳融化变薄,并可能形成一个巨大的地下海洋。行星科学研究所资深科学家Matthew E. Walker说:「离心力是潮汐加热的驱动因素。与其他活跃的海洋卫星例如邻近的土卫二相比,它的离心率很高。我们认为潮汐加热是目前使外壳变薄的热源,然而潮汐加热并不是免费的能量,所以当它融化外壳时,它会从轨道中抽出能量,从而降低离心率,直到最终使轨道变成圆形。」Walker是发表在《地球与行星科学通讯》上的「土卫一内部年轻海洋的演变」一书的合著者,西南研究所的Alyssa Rose Rhoden是第一作者。

美国太空总署(NASA)卡西尼号探测器拍摄到的土卫一及其巨大的赫歇尔陨石坑。土卫一冰冷的外表下存在着相对较年轻的广阔海洋。(Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)
图说:美国太空总署(NASA)卡西尼号探测器拍摄到的土卫一及其巨大的赫歇尔陨石坑。土卫一冰冷的外表下存在着相对较年轻的广阔海洋。(Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

当土卫一的离心率达到目前值的两到三倍时,融化就会开始,过去一千万年的演化过程中冰壳变薄,这与地质学相符。Walker补充说:「观察赫歇尔陨石坑的形态可提供海洋存在和冰壳厚度的线索,例如陨石坑直径与深度之间的比例以及是否存在中央峰。」土卫一的半径不到200公里,由冰和液体组成的外层水圈的厚度大约70公里,根据进动(precession)或天秤动(libration)的测量结果,冰壳厚度约20到30公里。

研究指出,为了与目前的离心率和基于天秤动测量所得的厚度限制相匹配,我们认为这一切开始于大约2500万年前。换句话说,在1000万到2500万年前土卫一是完全冰封的,那时它的冰壳才开始融化。至于是什么原因导致了这一时期融化作用,我们还在调查中。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Phys.org