科学家震惊：土星冰冷的月亮土卫二正在从两极变暖，暗示下面是外星海洋
一项新的研究通过研究土卫二北极（黄色）的季节性温度变化来限制土卫二的全球传导热流。这些结果与其高度活跃的南极地区（红色）的现有结果相结合，提供了土卫二能量损失预算（<54 吉瓦）的第一个观测约束——这与潮汐加热的预测能量输入（50 至 55 吉瓦）一致。这意味着土卫二目前的活动从长远来看是可持续的——这是生命进化的重要先决条件，人们认为生命可能存在于其全球地下海洋中。图片来源：牛津大学/美国宇航局/JPL-CalTech/空间科学研究所（PIA19656和PIA11141）
（蜘蛛网eeook.com）据今日科学新闻：在地球之外，围绕环状巨人土星运行，坐落着太阳系中最迷人的世界之一——土卫二。这颗冰冷的小卫星直径只有不到 500 公里，吸引了科学家和梦想家的想象力。在其冰冻的地壳下，一片广阔的地下海洋充满热量和化学反应，使土卫二成为太阳系中可能存在生命的最有前途的地方之一。
多年来，研究人员一直认为土卫二的热量——以及驱动其著名的水蒸气羽流的强大能量——集中在它的南极周围，该地区被被称为“虎纹”的深裂缝伤痕累累。但一项开创性的新研究揭示了一个惊人的转折：土卫二的北极也很温暖，从下面的海洋悄悄地泄漏着热量。
这一发现由牛津大学、西南研究所和亚利桑那州图森市行星科学研究所的科学家领导，推翻了之前的假设，重塑了我们对月球内部生命的理解。发表在《科学进展》上的研究结果证实，土卫二的活力远比任何人意识到的都要强得多，而且可能适合居住。
冰冷的月亮，心火如荼
土卫二不是普通的卫星。在其闪闪发光的冰壳下，隐藏着一片全球咸液态水的海洋，在土星的引力下保持温暖。当土卫二绕其行星运行时，巨大的潮汐力拉伸并挤压其内部，产生摩擦和热量。这个过程被称为潮汐加热，可以防止海洋结冰固体，并为月球壮观的羽流提供燃料——高耸的间歇泉从月球南极喷发，将水和有机分子射入数百公里外的太空。
这些羽流首先由美国宇航局的卡西尼号航天器观测到，该飞船在 2004 年至 2017 年间绕土星运行。卡西尼号的发现将土卫二从一个冰冻的斑点变成了一个具有巨大天体生物学意义的世界。它在隐藏的海洋底部发现了热液喷口的证据——热量、矿物质和化学汇聚的地方，就像地球上生命最初出现的环境一样。
然而，直到最近，人们还认为北极安静而寒冷，与南方的活动相比，是一片冰冻的沙漠。但对卡西尼号数据的新分析显示，热量正在从土卫二的整个地球泄漏，这表明一个平衡且可持续的能源系统可以维持数十亿年的生命。
十年的数据，十年的发现
为了揭示这种隐藏的热量，研究人员检查了卡西尼号对土卫二北极的红外观测，这些观测结果相隔十年——一次是在 2005 年寒冷的极地冬季，另一次是在 2015 年明亮的夏季。通过比较表面的升温和冷却方式，他们可以测量从下方向上流动的热量。
西南研究所和牛津大学这项研究的主要作者乔治娜·迈尔斯博士解释说：“土卫二是寻找地球外生命的关键目标，了解其能量的长期可用性至关重要。如果它的热流保持稳定，它的海洋可能会在亿万年内保持液态和宜居。
结果是显着的。北极表面比预期高出约 7 开尔文（–266°C 而不是 –273°C）。这种微小但可测量的差异只能用热量从下面的海洋逸出来解释，这些热量穿过 20-30 公里的冰层，然后辐射到太空中。
一个由内而外发光的世界
虽然热通量听起来很小——每平方米约 46 毫瓦——但它代表了巨大的全球输出。在土卫二的整个表面，这加起来有 35 吉瓦的热量，大约相当于 10,000 多台风力涡轮机或 6600 万块太阳能电池板的总能量输出。
当与南极已经测得的强大加热相结合时，土卫二的总热损失达到约 54 吉瓦，几乎与模型预测的潮汐能输入完全匹配。这种微妙的能量平衡至关重要。这表明土卫二的内部运行就像一个稳定的发动机——产生的热量恰好足以维持海洋而不会过热或结冰。
牛津大学物理系和行星科学研究所的合著者 Carly Howett 博士说：“这一新结果支持土卫二的长期可持续性，这真的很令人兴奋。它保持稳定的热流这一事实意味着它可以在地质时间尺度上保持海洋液态——这是生命发展的关键条件。
换句话说，土卫二不仅活跃，而且充满能量，以惊人的精确度平衡土星引力的推拉。
冰下的海洋
两极热量的存在支持了土卫二海洋是全球性的，并不局限于孤立的地区。在其冰冷的地壳下是一片咸味、富含矿物质的海洋，深达 30 至 40 公里，并与月球的岩石核心直接接触。
岩石和水之间的这种相互作用为热液活动创造了完美的环境，矿物质和热量流过海底的裂缝。在地球上，类似的喷口也充满了生命——这些微生物不以阳光为食，而是以岩石本身释放的化学能为食。
新发现使土卫二作为天体生物学家的目标更具吸引力。如果它的海洋在数百万甚至数十亿年内一直保持液态和稳定，那么生命本有时间和机会出现。
绘制冰壳
除了对宜居性的影响外，该研究还为土卫二的结构提供了新的见解。通过模拟穿过冰的热流，研究人员能够估计不同位置冰壳的厚度。
他们发现，北极的冰壳厚度约为 20-23 公里，而全球平均厚度在 25-28 公里之间，比之前的估计略厚。这些信息对于未来旨在通过穿冰探测器或能够融化外壳的机器人着陆器直接探索土卫二海洋的任务来说将是无价的。
“只有在卡西尼号的扩展任务下，才能提取出如此细微的温度变化，”迈尔斯博士指出。“它显示了长期太空探索的不可思议的价值。有时，最深刻的发现是在首次收集数据多年后才出现的。
充满潜力和神秘的世界
全球热流的发现引发了一个深刻的问题：土卫二的海洋存在了多久？科学家们仍然不知道它是相对较晚才形成的，还是自数十亿年前月球形成以来一直存在。答案可以决定生命是否有时间在其冰冷的地壳下进化。
土卫二在能量产生和损失之间取得了显着的平衡，这表明它可以在很长一段时间内保持活跃。它的海洋因潮汐力而变暖，并被冰隔离，可以在原本充满敌意的太阳系中提供稳定的避难所。
随着研究人员继续筛选卡西尼号的数据宝库并为新任务做准备，土卫二成为寻找地球以外生命的希望灯塔——一个燃烧着隐藏火焰的冰冻世界。
未来探索的承诺
下一个巨大的挑战是返回土卫二。未来的任务可以对从其表面喷发的羽流进行采样，分析其化学成分以寻找生物学迹象，甚至将潜水探测器发送到冰下直接探索其外星海洋。
美国宇航局的土卫二轨道飞行任务概念和几项欧洲提案设想了未来几十年内进行此类探索。这些任务不仅可以确认冰下是否存在生命，还可以帮助科学家了解宜居环境如何在宇宙意想不到的角落出现。宇宙日历海报
冰冻世界的心跳
土卫二继续给我们带来惊喜。曾经被认为是一轮安静、冰冻的月亮，现在被揭示为一个活生生的、会呼吸的系统——一个充满热量、水和生命化学物质的世界。它闪闪发光的羽流、发光的极点和内部海洋提醒我们，宇宙并非冰冷和空旷，而是充满活力和活力。
每一个新发现都让我们更接近回答人类最古老的问题之一：我们是孤独的吗？在绕土星运行的小卫星上，答案可能正在等待，被锁在冰冷的外壳下，由拒绝冻结的隐藏海洋的稳定脉搏维持。
土卫二在其寂静和神秘中，可能还会低声低语地球以外生命的第一个真正回声。
更多信息：Georgina Miles 等人，土卫二北极的内源热，科学进展 （2025）。DOI：10.1126/sciadv.adx4338。www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx4338
