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土星的月球土卫二表现出水热活动的迹象

更新时间:2018-05-16

em利用美国宇航局卡西尼号航天器的数据,两项新发表的研究揭示了第一个明确的证据,即土星的卫星土卫二展示了今日热液活动的迹象,这种迹象可能类似于地球深海中所见。这种活动对我们这个星球以外的世界的影响开启了前所未有的科学可能性。 / em

美国宇航局科学任务局局长约翰格伦斯菲尔德(John Grunsfeld)宇航员兼副主管说:“这些发现增加了这样一种可能性,即土卫二包含一个地下海洋,并显示出显着的地质活动,可能包含适合活体生物的环境。 “我们的太阳系中发生生命的极端环境中的位置可能使我们更接近回答这个问题:我们是否在宇宙中独处?”

当海水渗透并与岩石地壳发生反应时,水热活动就会发生,并成为一种加热的,含矿物质的溶液,这是地球海洋中天然存在的一种。根据两篇科学论文,结果是第一个明确的迹象表明冰冷的月亮可能有类似的持续活跃过程。

本周在“自然”杂志上发表的第一篇论文涉及卡西尼在土星系统中发现的微小岩石颗粒。对航天器数据,计算机模拟和实验室实验进行了四年的广泛分析,研究人员得出结论:当含有来自月球岩石内部的溶解矿物质的热水向上流动时,最可能形成的微小颗粒会与较冷的水接触。产生微小岩石颗粒的相互作用所需的温度至少为华氏194度(摄氏90度)。

“这篇文章的主要作者,Sean Hsu博士后研究员说:”我们可以使用这些微小的岩石颗粒,被喷泉喷射到太空中,让我们了解冰层和海底的情况,这是非常令人兴奋的。在科罗拉多大学博尔德分校。

甚至在卡西尼2004年进入土星轨道之前,卡西尼的宇宙尘埃分析仪(CDA)仪器能够重复检测出富含硅的微小岩石颗粒。通过消除过程,CDA团队得出结论,这些颗粒必须是二氧化硅颗粒,矿物石英在地球上。卡西尼观察到的晶粒尺寸一致,其中最大的晶粒尺寸为6到9纳米,这是告诉研究人员一个具体过程可能是负责任的线索。

在地球上,形成这种尺寸的二氧化硅颗粒的最常见方式是在特定范围条件下的热液活动;即,当用二氧化硅超饱和的微碱性和咸水经历大的温度下降时。

“我们有条不紊地寻找了纳米二氧化硅颗粒的替代解释,但每一个新的结果都指向一个单一的,最有可能的起源,”合作者德国海德堡大学卡西尼CDA团队科学家Frank Postberg说。

Hsu和Postberg与东京大学的同事密切合作,他们进行了详细的实验室实验,验证了热液活动假说。由Yasuhito Sekine领导的日本团队证实了卡西尼检测到的二氧化硅颗粒形成相同大小的条件。研究人员认为这些条件可能存在于恩克拉多斯的海底,那里的热水与海底的冷水相遇。

二氧化硅颗粒的极小尺寸也表明它们从其热液起源相对较快地向上行进到月球间歇泉的近地表来源。从海底到外太空,距离大约30英里(50公里),谷物在运输过程中需要花费几个月到几年的时间,否则它们会变得更大。

作者指出,卡西尼的重力测量结果表明土卫二的岩石核心是相当多孔的,这将允许海洋中的水渗透到内部。这将提供一个岩石和水可以相互作用的巨大表面区域。

最近发表在“地球物理研究通讯”上的第二篇论文认为,热液活动是从土卫二南极地区喷出的气体和冰粒中的甲烷气体之一。这一发现是法国和美国科学家广泛建模的结果,以解决为什么甲烷如之前由卡西尼采样,在羽流中奇特地丰富。

研究小组发现,在月球海洋预期的高压下,被称为包合物的冰冻物质可能形成,将水分子晶体结构中的甲烷分子截留在水冰中。他们的模型表明,这个过程在消耗甲烷海洋方面非常有效,以至于研究人员仍然需要解释其在羽流中的丰度。

在一种情况下,热液过程使甲烷超饱和。如果甲烷的生产速度比转化为包合物的速度快,就会发生这种情况。第二种可能性是来自海洋的甲烷包合物被拖入爆发的羽流中,并在它们上升时释放它们的甲烷,如在一瓶香槟酒中形成的气泡。

作者同意这两种情况都可能在一定程度上发生,但他们指出,如另一篇论文所记载的,纳米二氧化硅颗粒的存在有利于热液情景。

“我们没有想到,我们对恩克拉多斯海洋中的包合物的研究将使我们认识到,甲烷正在通过热液过程产生,”主要作者,圣安东尼奥得克萨斯大学研究生Alexis Bouquet说。 Bouquet与合着者Hunter Waite一起工作,他在圣安东尼奥西南研究所负责卡西尼离子和中性质谱仪(INMS)团队的工作。

2005年卡西尼首次揭示了土卫二上的活跃地质过程,证明月球南极地区发出冰冷的喷雾,冰冷的地方温度高于预期。凭借其强大的补充性科学仪器套件,该任务很快显露出一股高耸的水冰和蒸气,盐和有机物质,它们从起皱表面上相对温暖的裂缝发出。 2014年发布的重力科学成果强烈表明,在大约19至25英里(30至40公里)厚的冰壳下面存在6英里(10公里)深的海洋。

卡西尼惠更斯任务是美国宇航局,欧空局(欧空局)和意大利航天局的合作项目。美国国家航空航天局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室管理该机构在华盛顿的科学任务局的任务。卡西尼CDA仪器由德国航空航天中心提供。仪器组由Ralf Srama领导,总部设在德国斯图加特大学。

出版物:

Hsiang-Wen Hsu等人,“在土卫二内进行的持续热液活动”Nature 519,207-210,2015年3月12日; doi:10.1038 / nature14262Alexis Bouquet等人,“可能的证据,用于在土卫二海洋中的甲烷源”,地球物理研究快报,11 MMarch 2015; DOI:10.1002 / 2014GL063013

资料来源:NASA的Dwayne Brown

图片:NASA / JPL

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