即使是微小的土卫一似乎也有一个内部的液态水海洋

　　来自卡西尼号任务的数据不断推动发现。最新发现是土星的小卫星土卫一可能有内部海洋。如果是这样，月球就会加入我们太阳系中越来越多的天然卫星名单，这些卫星的表面下可能藏有液态水。
　　具有内部海洋的世界称为内部水海洋世界（IWOW）。如果宣布这一发现的新论文是正确的，那么微小的土卫一将加入像欧罗巴、土卫二、土卫六这样的世界，也许还有冥王星在我们太阳系中不断增长的 IWOW 名单上。科学家是如何发现 Mimas 是潜在的 IWOW 的？
　　这一切都归功于卡西尼号土星任务，这是美国宇航局、欧空局和意大利航天局之间的合作。该任务以 2017 年坠入土星而告终，称为大结局。但在它有目的地进入这颗气态巨行星的大气层结束其任务之前，航天器的仪器检测到土卫一的自转过程中发生了不寻常的振动。
　　像在土卫一的旋转中发现的那样的天秤座通常是地质活跃的世界与地下海洋的标志。
　　发表在《伊卡洛斯》杂志上的一篇新论文解释了这一发现。其标题为＂潮汐加热分析中的海洋土卫一案例＂，可在 Science Direct 上在线获取。作者是 Alyssa Rose Rhodena 和 Matthew E. Walker。Rhodena 是西南研究所的冰卫星地球物理学专家，Walker 是行星科学研究所的副研究员。
　　如果土卫一是 IWOW，它将不同于太阳系中的其他人，如欧罗巴和土卫二。这些海洋卫星显示出土卫一缺乏的地质活动。作者指出，卡西尼号感知到的物理振动＂……可以用非静水核心或 24-31 公里厚冰壳下的全球液态水海洋来解释。＂
　　卫星土卫二 (L)、欧罗巴 (M) 和土卫一 (R) 未按比例绘制。虽然土卫二和欧罗巴的表面显示出明显的地质活动迹象，如裂缝和低谷，但土卫一的表面却不同。它被陨石坑覆盖，没有任何活动迹象。
　　＂如果土卫一有海洋，它代表了一类新的小型‘隐形’海洋世界，其表面不会暴露海洋的存在，＂SwRI 的 Alyssa Rhoden 博士在新闻稿中说。Rhoden 研究冰卫星的地球物理学，特别是那些包含海洋的卫星，以及巨行星卫星系统的演化。
　　与土卫二和欧罗巴等其他 IWOW 相比，＂隐身＂这个词当然适用于土卫一。土卫一的陨石坑表面没有显示下面有海洋，尽管研究人员怀疑它可能是一大块冰而不是岩石。它的密度太低，不能全是岩石，尽管它可能包含一些岩石。
　　＂由于土卫一的表面有很多陨石坑，我们认为它只是一块冰冻的冰块，＂罗登说。＂IWOW，例如土卫二和欧罗巴，往往会断裂并显示出其他地质活动迹象。事实证明，土卫一的表面在欺骗我们，我们的新认识极大地扩展了我们太阳系内外潜在可居住世界的定义。＂
　　土卫一离巨大的土星足够近，可以被这颗行星强大的引力所塑造。土星的引力足以将小卫星拉伸成椭圆形。这些相同的潮汐力会导致加热，以及来自旋转能量的加热。这里有一个微妙的平衡；加热必须足够强大以将内部熔化成液体，但不能太强大以至于表面熔化。
　　研究人员开发了基于潮汐加热模型的数值模型，以便为卡西尼号感应到的振动做出合理的解释。他们得出的结论是，一个 24 公里至 32 公里厚的冰壳覆盖着土卫一的内海。与欧罗巴的冰壳相比，它可能有 10-30 公里厚，而土卫二的冰壳可能有 30 到 40 公里厚。
　　＂大多数时候，当我们创建这些模型时，我们必须对它们进行微调以产生我们观察到的东西，＂罗登说。＂这一次，内部海洋的证据刚刚从最真实的冰壳稳定性场景和观察到的振动中弹出。＂
　　这仍然是一个初步的发现，航天器的访问可以证实这一点。它不需要访问土卫一本身；访问任何 IWOW 都会澄清热流对冰壳厚度的关键问题。来自新闻稿：＂该团队还发现，来自表面的热流对冰壳的厚度非常敏感，这是航天器可以验证的。例如，朱诺号宇宙飞船计划飞越欧罗巴，并使用其微波辐射计来测量这颗木星卫星的热流。＂
　　美国宇航局的朱诺号将于 2022 年底飞越欧罗巴，飞行距离约为 320 公里（200 英里）。飞越的数据将帮助研究人员了解热流如何影响冰壳。当 2024 年美国宇航局的欧罗巴快船任务发射时，IWOW 上的热流和冰冻壳之间的动力学将变得越来越重要。该航天器将于 2030 年 4 月到达木星系统，并进入围绕木星的长循环轨道，反复飞越欧罗巴。
　　Europa Clipper 将详细研究欧罗巴，它的发现将告诉我们很多关于 IWOW 的信息。该任务的数据会帮助科学家更好地了解土卫一吗？大概。但就目前而言，来自卡西尼号任务的数据是科学家们必须使用的。根据罗登的说法，关于土卫一的数据中仍然存在一些不可调和的方面。如果 Rhoden 和其他研究人员能够调和数据中的一些挑战，他们将了解更多关于其他海洋卫星及其所属系统的信息。这就像面对一扇锁着的门。门后是对 IWOW 的更深入了解，而 Mimas 是打开它的钥匙。
　　＂尽管我们的研究结果支持土卫一内现今的海洋，但将月球的轨道和地质特征与我们目前对其热轨道演化的理解相协调是一项挑战，＂罗登说。＂评估土卫一作为海洋卫星的地位将为它的形成和演化模型提供基准。这将有助于我们更好地了解土星环和中等大小的卫星，以及潜在可居住的海洋卫星的普遍性，尤其是在天王星。土卫一是继续调查的一个引人注目的目标。＂
　　天王星有五个大卫星，航海者 2 号在 1986 年飞越的图像显示它们的冰和岩石大致相等。航海者 2 号的仪器与卡西尼号不同，因此无法获得更详细的数据。但这些图像确实显示了冰火山活动的证据，即液体从地表喷出然后结冰。土卫二也有同样的喷发，将大量物质从地下海洋送入太空。
　　这张图片是假彩色艺术家对土星卫星土卫二喷发的冰火山羽流的插图。
　　太阳系的气态巨行星可能都有 IWOW。外层巨行星可能有足够的质量在它们的卫星中引发潮汐加热，这是科学家们热衷于研究的事情。海王星有 14 颗卫星，其中海卫一是迄今为止质量最大的。海卫一的地壳主要是水冰，而月球的地质活动与欧罗巴和土卫二一样。它很可能是捕获的柯伊伯带天体 (KBO)。当航海者 2 号在 1989 年接近月球时，它看到了 8 公里高的间歇泉状羽流。
　　这是 1989 年 8 月 26 日航海者 2 号从左到右拍摄的 Triton 上的冰冷火山羽流的三张图像。它们显示了类似间歇泉的火山羽流喷出 8 公里高的细云，黑暗粒子进入海卫一稀薄的大气层。云正顺风向右漂移大约 150 公里的距离。
　　每当科学家们发现另一个 IWOW 时，就会带来生命的可能性。为了让生命开始，有证据表明水和岩石之间需要有一个活跃的界面。土卫一的密度表明它可能有一个岩石核心。如果有热量，那么水和岩石之间的相互作用可以为生命提供必要的成分。
　　土卫一很小，表面积与西班牙差不多。它的直径只有 396 公里，是已知最小的由于自重力而呈圆形的天体。如果一个这么小的世界可以拥有一个地下海洋，那么这会扩大其他可能拥有它们的物体的名单，我们对潜在可居住世界的理解也会增加。
　　土卫一有海洋吗？它可以孕育生命吗？IWOW 是否比我们预期的要普遍得多？