设为首页|收藏本站|
开启左侧

[科技] 震惊!除地球外,太阳系惊现多片液态海洋

[复制链接]
杨晓铭 发表于 2024-7-9 11:49:33 | 显示全部楼层
 
、‘、;;;;#00958C








木星和土星的卫星上似乎隐藏着地下陆地,使得这些卫星成了人们寻觅地外生命的诱人方针。至于为什么卫星上有陆地存在,至今还是未解之谜。
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第1张图片

这是五张土星的卫星——土卫二的红外光图像。在其冰壳之下,隐藏着一片全球性陆地。这片陆地经过土卫二南极的裂隙喷发到太空中。图片来自美国国家航天局(NASA)/喷气推动尝试室-加州理工学院(JPL-Caltech)/亚利桑那大学/LPG /法国国家科学研讨中心/南特大学/空间科学研讨所(Space Science Institute)对人类而言,地球是唯逐一颗已知的,由陆地覆盖的星球,似乎与任何其他的宇宙岛屿都分歧。
但1979年,美国国家航天局的两艘观光者号飞船飞掠木星。观察到了木星的卫星——木卫二。这是一个冰封王国,星球概况沟壑密布尽是裂缝。这样的地貌暗示其表层之下能够隐藏着某种地质活动
加州大学圣克鲁斯分校的行星科学家弗朗西斯·尼莫(Francis Nimmo)暗示:“观光者号飞掠木星后,人们起头思疑这颗希奇的卫星——木卫二上能够存在陆地。”
随后,1996年,美国国家航天局的伽利略木星探测器飞掠木卫二时,探测到了来自其内部的奇异磁场。“那时,我们不大白那是什么。”加州大学洛杉矶分校的空间物理学家玛格丽特·基韦尔森(Margaret Kivelson)暗示道,玛格丽特密斯负责飞船磁力计。终极,玛格丽特及其科研团队意想到,在木卫二内部,能够存在导电流体,该流体在木星庞大的磁场的感化下发生了涌动。基韦尔森暗示:“唯一公道的诠释就是:冰层下有一层熔融态的壳层。”
2004年,美国国家航天局的卡西尼号土星探测器到达土星。一经观察到土星的小卫星——土卫二,便发现了从卫星南极的庞大裂缝中喷发出的闪闪发光的羽状冰体。卡西尼号土星探测器穿过这些喷口,勘测到了确实的证据,证实这简直是一片正在狠恶地向太空放射海水的咸水陆地
现在,地球陆地不再唯一无二。地球上的陆地只是有些奇异而已,地球陆地存在于阳光照获得的地表,而太阳系外层行星的陆地则隐藏于冰层,处于黑黑暗。看来,地下液态陆地在太阳系中普遍存在,而非惯例。除了木卫二和土卫二,也极有能够存在其他卫星,卫星上有被冰层覆盖的陆地。未来十年,将有一系列探测器仔细摸索这些卫星。
但是,上述现象引出了一个明显的悖论,那就是,这些卫星在太阳系严寒的边沿存在了数十亿年之久;按理说,卫星构成时残余的热量早已逸散到太空中了。既如此,任何地下陆地现已应结成了固态冰。那末,这些照不到太阳的冰冻卫星,为何至今仍具有液态陆地呢?
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第2张图片

土星的小卫星——土卫二正将咸水陆地放射到太空中。正如美国国家航天局的卡西尼号土星探测器所观察到的,这些喷流的狠恶水平令科学家们大为震动。图片来自美国国家航天局/喷气推动尝试室-加州理工学院/太空科学研讨所(SSI)/卡西尼操纵成像中心尝试室(CICLOPS)/凯文.M.吉尔(Kevin M. Gill)越来越多的证据表白,能够有多种方式让陆地在数十亿年内保持液态。这些方式一经破解,就将会有能够加速人类摸索宇宙中生命起源的进程,并使我们领会该进程的难易水平。新近分析的来自早期航天器的数据、美国国家航天局的朱诺号(Juno)航天器和韦布空间千里镜的最新观察成果,都在不竭增强现有的证据。即,这些暖和的陆地中含有对生物有益的化学物资。这表白,内太阳系并不是唯一能够孕育生命的地方。
这些存在陆地的卫星还供给了更加宏大的能够性。那就是,温顺、潜伏宜居的陆地也许是行星构成的必定成果。行星及其卫星与恒星核聚变熄灭的火焰之间的间隔能够并不重要。假如确切如此,那末,我们在寻觅地外生命的进程中,能够要摸索无穷的星球。
“冰层下的陆地似乎很希奇,是不太能够存在的,”美国国家航天局喷气推动尝试室的天体生物学家兼地球物理学家史蒂文·万斯(Steven Vance)说道,“但是,这些外星陆地仍然顽强地连结液态。”
一片裹在镜面里的陆地


科学家们思疑,木星和土星的几颗卫星,甚至天王星海王星的几颗卫星,都能够具有陆地。探测器在体积庞大的木卫三和陨石坑遍及的木卫四上,感应到了类似木卫二的弱磁信号。一样,被雾覆盖的土卫六上也极有能够存在一片液态的地下陆地。普渡大学行星科学家迈克·索里(Mike Sori)暗示:“上述几颗卫星是科学界大大都科学家都分歧有信心,以为能发现液态陆地的五个天体。”
加州大学洛杉矶分校的空间物理学家玛格丽特·基韦尔森及其同事们肯定,木卫二概况下极能够隐藏着一片全球性陆地。
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第3张图片

玛格丽特·基韦尔森迄今为止,唯一绝对肯定存在海洋的卫星就是土卫二。“这一究竟毋庸置疑。”牛津大学行星科学家卡莉·豪威特(Carly Howett)如是说。
20世纪80年月,有的科学家思疑土卫二会发生羽状喷流。土星的E环异常清洁明亮,说明一定有什么来自土星卫星的物资正不竭泄露到太空中。卡西尼号土星探测器终究见证了这类让土星光环熠熠生辉的魔力是若何发生的。随后,科学家们曾长久地质疑过,土卫二南极的羽状喷流能否能够是土卫二外壳的冰被阳光汽化而至,就像是干冰受热蒸发一样。
“有段时候,人们争辩陆地能否真的存在,”尼莫(Nimmo)说道。“卡西尼号土星探测器穿过喷流时,探测到了盐,即氯化钠。由此,真正肯定了陆地的存在。” 还有其他能够,比如这些喷流是从一个更小的、孤立的陆地中喷发出来的。但卡西尼号土星探测器进一步的观察揭露,土卫二冰壳的摇摆幅度是如此之大,以致于冰壳和星球内部之间必须由一片覆盖全球的陆地离隔,才说得通。
“这些喷流还排挤氢和石英,这是深海热液喷口活动的迹象。”柏林自在大学行星科学家弗兰克·波斯特伯格(Frank Postberg)如是说。在地球上,诸如此类的喷口开释热量和化学物资以保持生态系统一般运作。该生态系统位于阳光照耀不到的深海中。科学家们一度以为,在这个依靠光合感化而生的的天下里,这些生物群落是不成能存在的。
可是,究竟是什么在为这个足以加热全部陆地的喷口系统供能呢?——另一颗灼热非常卫星将会供给一些线索。
永久的、天堂般的潮汐


1979年6月,就在观光者2号飞掠木卫二的一个月前,科学家们公布:观光者1号已经看见木卫一上空庞大的、伞形羽状喷流——这是几座火山喷发的印记。
这一观察本应使人困惑,由于火山活动需要内部热源。而木卫一,正如其他冰封卫星一样,本应只留余烬。但就在几个月前,一支自力的科考队正确猜测到木卫一能够是一个极端活跃的火山天下
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第4张图片

行将停止的两项太空使命将会研讨木卫二,该卫星是太阳系中寻觅外星生命的最好地址之一。这两艘航天器将描画出木卫二的概况形状和隐藏在冰层下的陆地。图片来自美国国家航天局/喷气推动尝试室-加州理工学院/地外文化摸索研讨所(SETI Institute)这队科学家是基于木星最大的卫星——木卫一的轨道活动而停止的猜测。木卫一每走完四个轨道,木卫二就会走完两个轨道,木卫三同时会走完一个轨道。这类轨道设置被称为共振状态。该运转方式致使木卫一前后摇摆,使其运转轨道呈椭圆形。木卫一离木星更近时,遭到木星的引力更强;离木星更远时,遭到的引力就会变弱。这类永不停息的引力拉扯会使木卫一概况的岩石像地球上的潮汐一样高低移动,高低移动的幅度约100米,相当于30层楼高。该潮汐现象和地球上的潮汐现象道理分歧,只不外,木卫一上翻涌的是固态的岩石,而不是水。
岩石潮汐在卫星内部的磨擦发生了热量,足以加热融化木卫一内部深处的岩石。“木卫一没有水相陆地,但能够有一个岩浆陆地。”尼莫说道。(伽利略木星探测器还探测到了木卫一的次级磁场,该磁场是由遍及木卫一的地下熔岩储层发生的。)
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第5张图片

加州大学圣克鲁兹分校的弗朗西斯·尼莫(Francis Nimmo)想要解开太阳系外层冰冻陆地天下的谜团。图片来自加州大学圣克鲁兹分校科学中心木卫二也履历了潮汐加热现象。可是,这些潮汐具体能给陆地供给几多热量,取决于潮汐在卫星内部发生的位置。也就是说,需要有充足的热量传导到陆地中,才能使陆地连结液态。“潮汐加热现象能够发生在冰壳自己的位置,也能够发生在冰壳下方的岩石焦点的位置。”尼莫说道。科学家们不晓得哪个才是潮汐发生的位置,所以也无从肯定潮汐加热现象对保持木卫二内部呈液态的感化具体有多大。
土卫二也与相邻的土卫四跳起了“引力探戈”,它们之间的引力相互拉扯,使其不竭拉伸和挤压。理论上,这能够会发生使卫星内部变暖的潮汐。可是,最少在理论层面来说,土卫四共振发生的潮汐,还不敷以诠释陆地的存在。索里(Sori)以为,现有的数字还没法诠释该现象。而且,发生的热量也不敷以保持一片全球性陆地长达数十亿年之久。也许,土卫二的陆地连结液态的道理就像木卫二一样。只惋惜,科学家们还不太清楚土卫二内部的潮汐究竟是在星球上的哪个位置开释热量的。
还有一个使人困惑的身分就是,轨道在天文时候标准上并非牢固稳定。随着行星系统的演变,卫星也会迁移。“当星体在分歧共振中漂移的时辰,潮汐加热现象可以随之开启或停止。”英国开放大学的行星科学家大卫·罗瑟里(David Rothery)如是说。科学家思疑,这类情况也发生在天王星的两颗卫星天卫五和天卫一上,这两颗卫星已经能够是共振的伴星。这些卫星看起来已经有活跃的地质活动,但现在,其焦点能够早已解冻了。
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第6张图片

梅里尔·谢尔曼(Merrill Sherman)/《量子杂志》(Quanta Magazine);图片来历:美国国家航天局一样,土卫二也许并非自始至终与土卫四互为伴星:也许两者围绕土星活动的时候并不长,只是近期才起头活动,使之前固态的卫星变暖。但这类情况一样难以诠释。索里以为:“保持陆地的存在,比解冻再融化一片陆地轻易多了。”是以,假如潮汐加热现象是土卫二陆地存在的唯一缘由,那末这颗卫星就已是一位舞了数十亿年的“资深舞者”了。
今朝,我们仅能肯定这颗卫星上存在陆地。至于陆地是若何构成的?又若何存在至今?索里暗示:“土卫二使人捉摸不透,这是严重未解之谜之一。”
放射性的叛逆者


荣幸的是,卫星内部的暖和并不完全依靠于潮汐
地球内部的热量,一半来自其诞生之时。另一部分热量则来自放射性元素的衰变。一样,冰卫星的深处岩石密布,所以也应当含有大量的铀、钍和钾。以上放射性物资在衰酿成稳定元素,停止开释热量之前,可以为四周情况供给数亿年、甚至数十亿年的热源。
体积更大的卫星在构成之初就具有更加丰富的放射性物资储量。也许,这就是卫星上的陆地所需的能量。“对于像木卫三、木卫四和土卫六这样的大卫星来说,由于这类放射性物资的身分,陆地几近是必定存在的。”万斯说道。一些科学家甚至以为冥王星上也存在一片地下陆地。正如这三颗卫星一样,冥王星这颗矮行星能够被一个充足厚的地壳所隔离,从而减缓了这个“放射性的大熔炉”向太空开释能量的速度。
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第7张图片

木星的卫星——木卫一是太阳系中火山最活跃的天体之一,为冰冻陆地天下若何保持液态内部供给了一些线索。图片来自美国国家航天局/美国西南研讨所(SwRI)/多谱扫描仪MSS/泰德·斯特莱克(Ted Stryk)但是,像土卫二这样体积相对来说较小的卫星,其焦点所含的放射性物资不敷以保持数十亿年之久的暖和。针对这个困难,有个不尽人意的答案是:也许土卫二纯属荣幸:放射性物资可以诠释其陆地早期的部分历史,而土卫二与土卫四的共振则是更加近期的事务。也许“我们现在正处于一个转折点,放射能加热的比重变得如此之低,以致于潮汐加热效应接过了加热陆地的接力棒。”波斯特伯格(Postberg)如是说。
如果认真如此,那末土卫二能够就是宇宙的一个缩影:该卫星将潮汐加热和放射能加热偶然地连系在一路。这意味着,有陆地覆盖的卫星能够无处不在。反之,若非如此,则几近无处可寻。
年轻的陆地


一些科学家提出了另一种颇具争议的看法——土卫二能够非终年轻
卡西尼号土星探测器收集的大量数据中隐藏着这样的线索:土星并非天生就具有其标志性的光环。相反,很多科学家现在相信,这些光环是在几亿年前才构成的。最新研讨操纵超级计较机模拟了卫星之间的碰撞,发现土星的光环是两颗陈腐的卫星相撞时构成的。那时,地球正处于剑龙生活的时代。这场碰撞在土星的轨道上散落了无数冰块碎片;虽然其中很多碎片组成了土星的光环,而其他碎片则击碎了现有的卫星并缔造了新的卫星。假如光环年轻,那末土卫二及其他几颗卫星则能够也很年轻。
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第8张图片

梅里尔·谢尔曼/《量子杂志》;图片来历:美国国家航天局“人们似乎越来越愿意接管卫星很年轻这个概念了。”加州山景城美国国家航天局艾姆斯研讨中心的研讨员雅各布·凯格雷斯(Jacob Kegerreis)如是说。雅各布也是“近期成环研讨”的配合作者之一。
风趣的是,究竟表白,科学家们甚至不晓得土星的一些卫星到底有多老。“土卫二能够只要几亿年或几万万年的历史,”罗瑟里(Rothery)说道。假如确切如此,那末土卫二炽烈诞生时发生的热量能够仍正使这片年轻的陆地连结液态
但关于卫星年轻化的说法远未获得证实。很多卫星上有大量陨石坑,这表白,这些卫星履历过太阳系中各个星体像弹珠一样紊乱撞击的时代,已然存在了很多纪元。“我简直以为,几亿年前,土星系统中发生了一些希奇的现象,”尼莫说道,“但我猜,一切卫星的年龄都是45亿年。”
卫星预言家们


伽利略木星探测器和卡西尼号土星探测器早已告竣使命。科学家们现在寄希望于两个新的航天探测器上:一个是欧洲空间局比来发射的的冰质木卫探测器(JUICE);另一个是美国国家航天局将要发射的木卫二快船(Europa Clipper)。这两个探测器将鄙人一个十年之初到达木星。
这把我们再次带回木卫二的话题,正是这颗卫星最早迫使人们重新设想地球陆地的宇宙布景。
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第9张图片

美国国家航天局的“木卫二快船”航天器今朝正在喷气推动尝试室组装,计划于2024年发射前往木卫二。图片来自美国国家航天局/喷气推动尝试室-加州理工学院据使命方针清单,木卫二快船的方针之一是“证实”木卫二陆地的存在。尼莫暗示:“关于‘证实’这个词,争议颇多。”木卫二快船能够会发现除了陆地之外的其他物资,比如,能够会发现一个遍及着融水坑的冰封陆地。尼莫恶作剧说:“木卫二快船还能够会发现一层薄薄的金子。不外,我有99%的把握证实木卫二上有一片陆地。”
震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第10张图片

概况灰尘分析仪(SUDA)的3D模子假定木卫二快船证实了陆地的存在,快船便将起头研讨该卫星及其地下陆地的特征。为此,木卫二快船首先会搞清楚木卫二概况存在哪些份子。荣幸的话,还可以弄清陆地里的份子组成。当快船飞掠卫星时,将吸收卫星概况飘过的的任何微尘、冰晶或水蒸气。快船装备的概况灰尘分析仪将会研讨这些微粒。当微粒撞击其金属板时,微粒会汽化并带有电荷,从而方便分析仪揭露这些微粒的化学性质。
人们希望木卫二的陆地会温顺地向太空中开释喷流,由于这将使木卫二快船的探测使命变得轻易很多。木卫二上能够存在这样的羽状喷流,但分歧于土卫二,这些喷流能够是间歇性、地域性的,大概压根就没有喷流。假如是这样的话,人们希望细小的陨石撞击可以剥离冰壳,开释出少许陆地成份,并放射到木卫二快船上以供检测。
成果能够是,木卫二和其他卫星在连结暖和方面依靠的化学反应并不像我们预期的那样陌生。索里说道:“在冬季,我们会撒盐来下降雪的融点。”也许,木卫二的陆地盐度极高,下降了冰点。“不外,还有其他化合物可以更有用地避免解冻——出格是氨。”索里说道。氨在阔别太阳光芒,不易被蒸发的地方储量更加丰富。
潮汐、辐射能、化学和年轻:当以上要素正确地组合在一路时,可以在这些冰冷的卫星上发生并保持液态陆地。豪厄特(Howett)以为:“上述身分不应是非此即彼的。”每个卫星所具体具有的身分也许是分歧的,也就是说,构成一颗布满陆地的冰冻卫星,也许稀有百种方式
基韦尔森暗示:“木卫二奥秘陆地的发现固然改变了人们对卫星的看法。”促使科学界踏上了一条肯定外星生命能否能够存在于外星陆地中的摸索之路。而且,能够带来一项新的发现,永久改变我们对于人类在宇宙中的定位的看法。
作者:Robin George Andrews
翻译:边颖
fu

li

shi

jian




明天我们将送出由中国科学报社供给的《风采


震动!除地球外,太阳系惊现多片液态陆地 第11张图片




本书报告了中国21位精采科学家波涛壮阔、坚固不拔、发奋图强的人生故事。他们中很多人的名字是与中国的诸多“第一”慎密相连的,包括中国小麦远缘杂交育种奠基人李振声、中国放射化学奠基人杨承宗、中国冶金科技奇迹的开辟者李薰、中国动物分类学的引领者王文彩、中国第一位对青藏高原盐湖停止系统考查的柳纲领、被誉为“中国激波风洞第一人”的俞鸿儒、研制成中国第一台产业机械人和水下机械人的蒋新松,以及马大猷、杨乐、邹承鲁、施雅风、夏培肃、刘嘉麒、任继周等众多两院院士。这些科学家的出色人生故事,不但活泼诠释了新时代科学家精神所包含的“爱国、创新、务实、奉献、协同、育人”六大特质,也实在记录了中国近现代科技成长的艰辛过程。


本书合适酷爱科学、敬佩先贤、追求创新的读者,出格是广大青少年阅读。


请大师严酷依照  互动:题目答案 的格式在批评区留言介入互动,格式不合适要求者无效。


为了保证更多的朋友可以介入获奖,过往四期内获过奖的朋友不能再获得奖品,名次会依次顺延


*本活动仅限于微信平台


编辑:利有攸往

翻译内容仅代表作者概念

不代表中科院物理所态度


上一篇:眉目如画、飘飘欲仙,看了《绾心记》李沁路透,才懂什么叫男神收割机
下一篇:果蝇肌肉的具体接线图揭露了意想不到的复杂性
 
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

排行榜
活跃网友
返回顶部快速回复上一主题下一主题返回列表APP下载手机访问
Copyright © 2016-2028 CTLIVES.COM All Rights Reserved.  西兔生活网  小黑屋| GMT+8, 2024-7-18 10:53