这就是为什么土星的“海洋卫星”不断向太空喷射液体

土卫二是土星的第六颗卫星，大小与英国相当，表面覆盖着数英里厚的冰层。它下面是一片液态海洋，液态海洋通过南极的一系列裂缝从表面喷涌而出，不断向太空喷射出喷泉。喷泉中含有海底喷口、盐水甚至甲烷的痕迹，这表明漆黑的海洋可能蕴藏着生命。

加州大学戴维斯分校地球物理学家马克斯韦尔·鲁道夫说，这颗卫星在太阳系中是独一无二的。他领导的一项新研究发表在《地球物理研究快报》上，对“虎纹”和从中喷涌而出的间歇泉提出了解释。随着土卫二在轨道上加热和冷却，其冰壳在压力下弯曲，使水溢出表面。

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加热和冷却的循环是由卫星本身的运动驱动的。每隔一亿年左右，土卫二绕土星运行的轨道形状就会发生变化，从更圆到更椭圆再变回圆形。当轨道更椭圆时，卫星会被土星的引力挤压得更紧，然后被释放。“这会导致整个冰架被拉​​伸，就像被揉捏一样，”鲁道夫说。冰的轻微隆起足以加热整个卫星并稍微融化外壳。

然后，当卫星轨道变成圆形时，其外壳再次冷却下来。冰架向下扩展至隐藏的海洋。鲁道夫说，接下来发生的事情“对任何曾经将一瓶苏打水放进冰箱的人来说都是显而易见的”。 “水冻结成冰时体积的变化会导致压力增大。[在土卫二上]，这种情况在全球范围内发生。”

当压力过大时，外层冰会破裂，就像面包皮因内部柔软膨胀而裂开一样。这一过程需要数百万年才能形成，但裂缝在几秒钟内就会出现，从表面开始，一直延伸到地下约 9 英里的海洋。

裂缝只能延伸到冰层最薄的两极的海洋。“第一道裂缝是在 [土卫二] 的北极还是南极形成，这有点偶然，”鲁道夫说。“但一旦形成，就会引发一系列事件，最终导致虎纹裂缝的出现。”这个过程可能在每个寒冷周期中反复发生。

但仅凭压力还不足以解释间歇泉。根据鲁道夫和他的团队建立的模型，即使所有新形成的冰也不足以将水挤到表面。土卫二的照片也没有显示出液态水溢出卫星光滑表面的明显痕迹。

罗切斯特大学行星科学家 Miki Nakajima（未参与这项新研究）所描述的过程可能会发挥作用。2016 年，Nakajima 证明，如果液态水被推到冰裂缝的一部分，它可能会开始在太空真空中自发沸腾。“我们知道表面裂缝的厚度，但我们并不知道内部到底发生了什么，”Nakajima 说。“它可能是一条直线；可能很奇怪。”蒸汽无论如何都可能逸出，因为沸腾可能发生在最窄的裂缝中。

任何一条通向海洋的裂缝都不会产生太多的水。裂缝深处的水可能沸腾着，站在表面的人会被细雾包围，而不是喷流。人类从太空拍摄到的间歇泉需要许多裂缝和管道才能形成。中岛说，如果这个解释是正确的，那么土卫二上还有许多比虎纹更小的裂缝，天文学家还没有靠近到足以看到它们。

其他力量也可能在起作用。溶解的二氧化碳或其他气体可能会像苏打水中的碳化物一样冒出表面，将水喷射到表面。去年在美国地球物理联合会会议上提交的未发表的研究也表明，水可能是通过融化裂缝中的冰而不是来自地下海洋而释放出来的。

中岛说道：“我认为一切都有可能。”

鲁道夫的研究还考察了木卫二，这是木星最著名的卫星之一，它既有冰壳，又有液态的地下海洋。但木卫二的半径约为土卫二的五倍，重力产生的冷热循环不足以穿透其较厚的地壳。

中岛说道：“这个模型能够解释土卫二，却不能解释木卫二，这让我非常感兴趣。”

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美国宇航局喷气推进实验室的木卫二专家 Elodie Lesage 在给《大众科学》的电子邮件中写道，没有直接证据表明木星的卫星上存在冰火山，尽管其表面的某些平原看起来可能是液态水造成的。但她指出，基于新的发现，木卫二上任何潜在的冰火山的形成原因可能与土卫二完全不同。“液态水似乎不太可能从木卫二的海洋上升到表面，”她解释道。相反，水袋可能嵌在地壳中，当它们开始结冰时喷涌而出，就像“有人忘在冰箱里的一罐苏打水”一样。

卡西尼号太空探测器最后一次探测土卫二是在 2015 年，当时它飞到了距离卫星表面 30 英里的地方，而木卫二冰喷发的数据则主要来自遥远的望远镜图像。下一次木卫二探测任务计划于 2024 年启动。“那里到底发生了什么，我们还不太清楚，”鲁道夫说。

这种差异意味着，在这两颗卫星上寻找外星生命将以不同的方式展开。如果冰层深处有生物生存，土卫二的间歇泉似乎可以让我们直接进入它们的世界。木卫二内部究竟存在什么，可能要难得多。