第254章 羽化

華楓記下了在2005年7月14日,科學家在卡西尼號飛掠土衛二時拍攝的照片中發現了一個位於南極地區、產生構造變形的特別區域。而其中有很多的地方產生了羽毛狀的物體。

該地區位於北緯60°區域,其間遍佈裂縫和山脊,同時也存在着少量微型撞擊坑,這表明這是土衛二表面最年輕的地貌,同時也是所有中等大小的冰凍衛星上的最年輕地貌;其間的撞擊坑構造表明該地區的某些區域可能只有5萬年的歷史,甚至可能更年輕。

靠近該區域的中心區分佈着4個裂縫帶,以及衆多的山脊——這些山脊被非正式地命名爲“虎皮條紋”。

這些裂縫可能是該地區最年輕的地質結構,它們的四周分佈着呈薄荷綠色、帶有粗糙紋理的冰體——這些冰體在其他地區常常出現在岩石露頭中或裂縫壁上。在該地區的平坦地帶中亦發現了“藍”冰,這表明該地區十分年輕,以致還未來得及被覆蓋上一層來自E環的帶有細密紋理的冰體。

可見光和紅外線測繪分光計(VIMS)的探測結果表明分佈於“虎皮斑紋”四周的綠色物質在化學結構上與土衛二的其他地表物質存在差異,同時在“虎皮斑紋”中發現了透明的冰體,這說明這一地質構造十分年輕(可能小於1千年),或者該地質構造表面的冰體近期曾受到熱源影響。另外,該儀器還在“虎皮斑紋”中測得結構較簡單的有機化合物,這在該衛星上尚屬首次發現。

在7月14日的飛掠中,卡西尼號對南極地區分佈“藍”冰的地區之一進行了觀測,並拍下了高分辨率的照片,照片顯示該地區存在着劇烈的地質變形,並發現了一些直徑爲10—100米的巨石。

土衛二南極地區四周環繞着一系列相互平行的、呈Y形和V形的山脊和峽谷。這些山脊和峽谷的形狀、走向和位置都表明它們是土衛二的整體形變造成的。最近,存在着兩種理論解釋這種地形形變的產生。第一種認爲:土衛二繞土星運行的軌道縮小了,從而導致土衛二自轉速度的提高,這種變化進而導致土衛二自轉軸的調整。第二種理論認爲大量從土衛二內部噴發出的溫暖的、低密度的物質導致了這種地形所在區域從土衛二南半球中緯度地區位移至高緯度地區。結果,土衛二的橢球體將會因爲這種變化做出相應的調整。

根據自轉軸變化理論所得出的推導結果之一是土衛二的南北兩極均曾有過類似的地形變化。 不過與推論相反,土衛二的北極地區卻密佈着撞擊坑,且地質年齡也較南極地區大得多。土衛二地殼的厚薄不均或許可以解釋這種差異。

這種地殼厚度的變化得到了南極地區邊緣Y形、V形地形和毗鄰南極的地區地質年齡之間相互關聯的佐證:Y形的、不連貫的地形和縱貫南北的斷裂帶均是較年輕的地形,推測亦認爲這種地形對應的地殼厚度較薄;而V形地形則毗鄰着那些地質年齡較大、撞擊坑分佈稠密的地區。

在80年代初期旅行者號對土衛二進行了觀測之後,科學家們基於以下理由認爲該星體可能存在着地質活動:年輕的、具有高反射度的表面和其處於E環核心區的位置。 土衛二和E環的聯繫使科學家猜想認爲土衛二正是E環上散佈的物質的來源——即從土衛二內部噴射出的水蒸氣最終構成了E環。不過,旅行者號的觀測結果未能提供確鑿證據證明土衛二現今仍處於活躍狀態。

不過之後的卡西尼號上承載了多種儀器,通過這些儀器的觀測,科學家最終發現了土衛二上存在着噴發水和其他易揮發物質、而非硅酸鹽石塊的冰火山。2005年1月和2月,卡西尼號上的成像科學子系統(ISS)首次觀測到土衛二南極地區噴發出的由細小冰晶構成的羽狀物。

在2005年2月17日的飛掠中,磁力計觀測到的關於土衛二大氣的數據也證明之前成像科學子系統所觀測到的現象是真實的——該數據顯示當時土衛二附近的離子迴旋波的能量有所增強。離子迴旋波是離子和磁場相互作用的產物,通過測定離子迴旋波的頻率可以確定物質的構成——經過測定,這種物質是經過電離的水蒸氣。

在其後的兩次飛掠中,磁力計發現土衛二大氣中的氣體大部分都集中於南極地區,其他地區的大氣濃度則相對十分稀薄。在2月17日和7月14日的飛掠中,紫外線攝譜儀(UVIS)觀測到兩例掩星現象。在2月的飛掠中,紫外線攝譜儀未能找到土衛二赤道地區存在大氣的證據,但在7月飛掠觀測掩星現象的過程中探測到了水蒸氣的存在。

卡西尼號偶然地穿越了氣體雲,離子和中性粒子分光計(INMS)和宇宙塵埃分析儀(CDA)從而能夠直接獲取羽狀物的樣本。離子和中性粒子分光計對氣體雲的物質構成進行了測定,發現其中大部分爲水蒸氣,幷包含少量的分子態氮、甲烷和二氧化碳。宇宙塵埃分析儀發現“越靠近土衛二,顆粒物質數量越多”,這證明土衛二的確是E環物質的主要來源地。離子和中性粒子分光計以及宇宙塵埃分析儀的數據表明卡西尼號穿越的氣體雲確爲冰火山所噴發的、富含水分的羽狀物,這種羽狀物來源於南極地區的噴射口。

2005年11月,這種噴射活動得到了進一步的確認,成像科學子系統拍攝到了土衛二南極地區類似噴泉的冰晶噴射活動。(實際上,在之前的2005年2月,卡西尼號已經拍攝到羽狀物,只是仍需要進一步對高相位角度拍攝的照片——即當太陽處於土衛二身後時所拍攝的照片——進行研究以真正確認其存在,這些照片還需要同其他土星衛星的高相位照片進行對比。)

11月的觀測結果顯示了羽狀物的完整結構,並發現該羽狀物由數個獨立的噴射活動的噴射物(或許來自數個不同的噴射口)共同構成,並擴展至距衛星表面近500公里的地區。這一觀測結果使得土衛二成爲第四顆被證實存在火山活動的太陽系天體,之前的三顆分別是地球、海衛一和木衛一。2007年10月,在成像科學子系統觀測到塵埃噴射活動的同時,紫外線攝譜儀亦觀測到了氣體噴射活動。

2008年3月12日的飛掠使卡西尼號獲得了進一步的觀測機會。觀測數據顯示羽狀物中含有更多的化學物質,包括簡單的和複雜的碳氫化合物,如丙烷、乙烷和乙炔。這項發現提高了土衛二表面存在生命的可能性。卡西尼號上的離子和中性粒子分光計對羽狀物的物質構成進行測量後發現其與大部分彗星的物質構成相近。

多種觀測儀器的觀測結果表明在土衛二南極地區,這種從受壓的地下腔室中噴發羽狀物的活動類似於地球上的噴泉。由於離子和中性粒子分光計和紫外線攝譜儀均未在噴射物質中發現氨——該物質能夠起到防凍作用,因此科學家預測在土衛二地下受熱、受壓的腔室中流動着溫度至少達到零下3攝氏度、近乎純淨的液態水,即如圖十三所示。由冰融化爲純水,比之氨水混合物的融化需要更多的熱量。

這種熱量可能來自引力潮汐能或輻射源所產生的能量。另一種產生羽狀物的途徑是土衛二表面溫暖的冰的昇華。在2005年7月14日的飛掠過程中,卡西尼號上的紅外成份分光計(CIRS)在靠近南極點的地區發現了一個溫暖區域,該區域的溫度達到了85-90開爾文度,部分區域的溫度甚至高達157開爾文度(零下116攝氏度),遠較地表接收陽光輻射產生的溫度高,這表明該區域受到了土衛二內部熱源的加熱。在這種溫度下,該區域的冰體能夠以較其他區域冰體快得多的速度昇華,併產生羽狀物。

這種假說受到了較多關注因爲如若加熱地表冰體的地下層物質爲呈半流質狀態的氨水混合物,那麼不需要太多的能量就可以產生羽狀物不過,羽狀物中富含的大量冰晶顯然更支持“冷噴泉”模式假說並削弱了冰體昇華假說的可信性。

此外,基輔等人還提出了籠型水合物的來源理論,該理論認爲,當“虎皮斑紋”地形破裂時,蘊藏於其中的二氧化碳、甲烷和氮暴露於真空之中,從而被釋放出來。該理論並不需要“冷噴泉”模式假說中用於融冰的熱能的存在,也能在缺少氨的情況下解釋得通。

在卡西尼計劃施行之前,人們對於土衛二的內部構造知之甚少。不過,在卡西尼號飛船對土衛二進行的數次飛掠過程中所得出的探測結果爲構建土衛二的內部模型提供了必要的信息,其中包括了對土衛二的質量和三軸橢球體形狀的測定、高分辨率的地表照片和地質化學上的新發現。

之前旅行者測得的土衛二質量表明土衛二可能完全是由固態冰組成的。但是根據土衛二對卡西尼號的重力作用效果進行的測定表明,這個數值要遠高於之前的推測,其密度達到了1.16克/立方厘米,高於土星其他中等體積的冰衛星的密度,這表明土衛二可能含有更多的硅酸鹽和鐵。除了固態冰之外其他物質的存在,意味着土衛二內部可能擁有放射性物質衰變所產生的較爲豐富的熱能。

卡斯蒂略等人認爲土衛八和其他的土星冰衛星都是在土星分星雲形成後不久就形成的因此富含短期放射性核素。這些放射性核素,如鋁-26和鐵-60,有較短的半衰期並能夠相對較快地爲星體內核提供熱能。雖然土衛二擁有相對高密度的岩石構造但是如果沒有這些短期放射性核素,那麼土衛二內部的長期放射性核素則來不及阻止內核的快速冰凍。 鑑於土衛二的高密度岩石構造,人們猜測鋁-26和鐵-60的高含量將會導致一個不同的構造類型的出現,這個構造類型包含了一個冰凍的地幔和一個岩石的內核。

後期的輻射能和潮汐作用則將內核的溫度提升到了1000 K,這個溫度足以融解內層地幔。但是,若要保持土衛二地質活動的活躍性,則部分的內核也必須融化,以形成岩漿腔室,這種腔室在土星的潮汐作用下會扭曲變形。土衛四的共振效應或天平動產生的潮汐熱使得這些位於內核的熱點至今仍保持活躍,併爲現在土衛二上的地質活動提供能量,

此外,科學家還測定了土衛二的形狀,以進一步判斷該衛星是否具有內部分層結構。波爾科等人根據其2006年的測量結果認爲該星體處於流體靜力學的平衡狀態,在此狀態下,星體內部是不分層的,這與地質學及地球化學方面的證據所指向的結果相矛盾。

最近的某些時候,華楓總覺得自己現在有些甩手掌櫃的樣子,農家的各項事宜基本都交由沈丘代理,而且華楓不顧長老會的反對,堅持立沈丘爲代俠魁,他不在的時候,沈丘的作用就如同歷代俠魁一樣,雖然這在歷史上還從未出現過。

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