土衛二的海洋在沸騰

但這并不影響生命的繁衍。

土衛二地下海洋中可能會沸騰。

NASA / JPL-Caltech

近日以美國加州大學戴維斯分校（University of California, Davis）地球物理學家Maxwell Rudolph為首的一批科學家發現，太陽系外圍部分冰凍衛星的內部海洋上層，可能會因為冰殼變薄壓力釋放而達到沸點。但這并不妨礙海洋中下層可能存在的生命繼續繁衍生息。

之前人們發現，外圍太陽系的部分冰凍衛星，如土星的衛星土衛二恩克拉多斯（Enceladus），可能并非完全凍結。在它們的冰殼和巖石核心之間可能存在液態水海洋。在地球上，幾乎所有有水的地方都有生命，因此人們期待能夠在這些海中找到外星生命。

Maxwell Rudolph曾經對這些衛星冰殼厚度變化產生的應力進行過研究。研究人員尤其關注的是這些應力的變化，是否會在冰殼中制造出足以連接衛星表面和地下海洋的裂縫，從而使來自地下海洋的液態水噴入太空。

研究人員此前關注了冰殼增厚可能會帶來的結果。由于冰的體積比相同質量的液態水大，水的凍結會導致冰殼承受更大的壓力，并導致冰層開裂。土衛二上的所謂“虎紋”就是這樣形成的。

而在新的研究中，人們探究了這些衛星冰殼底部因融化而變薄可能會導致什么后果。

此前人們發現，土衛一米瑪斯（Mimas）會在環繞土星運行時在軌道上發生晃動，其原因可能是因為它的冰殼下也存在一個海洋。但鑒于其表面仍然保留著很多古老的特征（如隕石坑），研究人員推測其地下海洋可能是在過去1000萬年間形成的。而其冰殼的融化是其與其他土衛相互影響的結果。

研究人員發現，如果冰殼變薄，它們對海洋的壓力就會變小。在那些小型的冰凍衛星，如土衛一、土衛二或天王星的衛星米蘭達（Miranda）上，冰殼變薄導致的壓力降低可能會使海洋上層水達到“三相點”。

當冰殼的厚度下降到5至15千米時，可能會導致最靠近冰殼的海洋上層沸騰。

所謂“三相點”是物質的一種特殊存在狀態，是純物質氣態、液態和固態能夠同時平衡共存的一種確定狀態。“三相點”和“冰點”或“沸點”不同，是其自身固有的不受外界環境影響的內在屬性。

水的“三相點”溫度為0.01℃，壓強為標準大氣壓的大約1/160。在這個獨特條件下，冰、液態水和水蒸汽可以同時穩定地存在。

通俗地說，這是一種低溫沸騰現象。因此對于該區域下方可能存在的生命來說，生活依然可以像往常一樣繼續。

但是對于那些直徑超過600千米的較大衛星，如天王星的衛星泰坦尼亞（Titania）而言，冰層融化導致的壓力下降反而會使冰殼在到達“三相點”前破裂，然后又重新增厚，形成褶皺山脊般的獨特地貌。

水的沸騰會帶來多方面影響。比如會形成一種能夠將氣體分子俘獲在內的復雜冰結構“籠形化合物（clathrates）”。

研究人員稱未來將繼續深入研究這一過程，探尋水汽從海洋產生后的去向，以及究竟有哪些與之相關的地表特征。

參考

Boiling oceans and compressional tectonics on emerging ocean worlds

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02713-5