土星卫星土卫二上的神秘条纹可能有新的起源故事

2005 年，卡西尼号太空船掠过土星的卫星土卫二时，其相机拍到了这个外星世界一个特别引人注目的特征：虎纹。木卫二冰壳上的裂缝以随机的角度横跨表面，而土卫二的表面则有五条巨大的裂缝平行延伸至南极，每条裂缝长度约为 80 英里。

现在，一组物理学家声称他们已经破解了这些条纹的起源：一片不受控制的海洋冲入太空，以雪的形式落下，使冰架超载，形成了相当均匀的裂缝，根据周一发表在《自然天文学》杂志上的研究结果。该理论还对水如何从月球逃逸到轨道有影响，卡西尼号在那里品尝到了水，并确定这种液体含有维持我们所知生命所需的大部分化学成分。

卡内基科学研究所物理学家、论文合著者道格拉斯·海明威在新闻稿中表示：“由于这些裂缝，我们才能够对深受天体生物学家喜爱的土卫二地下海洋进行取样和研究，我们认为了解形成和维持这些裂缝的力量非常重要。”

这是一个简洁的故事，它建立在先前的研究基础之上，解释了为什么条纹会出现在极点，以及为什么它们并排延伸，但一些地质学家怀疑它是否需要太多的奇迹。“他们需要很多假设来排列，”加州大学洛杉矶分校的行星科学家 An Yin 说，他没有参与这项研究。“这就像三到四个完美的 [场景] 必须结合在一起。”

故事始于冰壳下晃动的海洋。在遥远的过去，随着土卫二冷却，一层海水结冰并膨胀。这种膨胀被地壳锁在水下，给海洋带来压力，就像玻璃瓶在冰箱里放得太久一样，最终不得不发生一些变化。

土星在绕行过程中，其引力偶尔会挤压土卫二，这一过程使卫星两极的地壳变薄。海明威和同事认为，随着压力的增加，南极恰好首先崩塌。冰壳被撕裂，露出下方的海洋，一条如今被称为巴格达的长裂缝直穿过世界的最南端。

先前的研究表明，土星引力引起的卫星海洋潮汐通过反复撕裂裂缝并将其重新连接，使裂缝不会结冰。海明威说：“你实际上是在将水冲出并泵回，”这搅动了水并使裂缝保持温暖。由于永远暴露在太空真空中，大量的水不断渗入天空，形成了像卡西尼号穿过的羽状物。

这些羽状冰粒从巴格达裂缝的两侧落下。随着时间的推移，冰粒越积越多，压垮了每块冰盖，直到它们破裂，形成了开罗和大马士革（这些条纹的名字取自《一千零一夜》中的地方，这是一本中东和印度民间故事集）。尹将这种情况比作把一个孩子放在一个薄跳水板的顶端，然后喂他吃东西，直到跳水板弯曲。

随后，这一过程逐渐发展，形成了亚历山大裂缝，以及另一条太浅而无法到达地下海洋的部分裂缝，这条裂缝的非正式昵称是“E”。海明威和他的同事估计，每条裂缝需要十万到一百万年的时间才能喷出足够的海水并降下足够的冰来形成随后的每一对裂缝。然而，不会再形成更多的裂缝，因为随着它们远离极地，冰会变得太厚。

然而，一些地质学家仍然怀疑新理论是否真的描述了土卫二的历史。“我个人认为可能性很小，”尹说。他认为全球海洋均匀融化和冻结的假设是不现实的，因为卫星北半球完美的陨石坑几乎没有显示出过去全球变暖或变冷造成的创伤的迹象。

相反，他认为，月球内部的热量爆发使半英里高的高原的一部分液化，像融化平底锅里的一块奶酪一样将其融化。当这块冰块侧向倾泻到月球冰冻的外壳上时，它推起了至今仍可见的皱纹。然后这些卷状物就会冻结在原地，他说，冰块产生的水平压力会同时撕开所有五条虎纹。尹和他的同事在 2015 年和 2016 年的两篇出版物中详细阐述了他们的理论，他说该理论用更少的假设解释了更多的特征。

尹欢迎新的海洋爆发理论的挑战——他同意这并非不可能——因为它做出了可检验的预测。蒸发的水柱在数十万年的时间里压住了冰架，应该会形成一层又一层的冰，而条纹应该会暴露这些层。海明威的裂谷也应该有深深的切口，海水会沿着整个断层暴露出来，而尹的裂缝只会在某些点喷出羽状物，从而暴露海水。目前的成像技术无法区分这两种情况，但未来对土卫二的探索将使虎纹的起源更加清晰。卡西尼号的校友们已经提出了一项后续的“土卫二生命探测器”任务，以重返这个冰世界，但该项目尚未获得资金。

海明威说：“在遥远的未来，如果我们有航天器进入轨道，或者有着陆器，我们就能对火星内部有更详细的了解，这可以对一些想法进行检验。”