![]()
大家好,我是小圓!請(qǐng)大家想象一下,在離太陽極其遙遠(yuǎn)、寒冷刺骨的黑暗深空里,有一些星球,它們表面被厚厚的冰層覆蓋,看上去就像宇宙冰箱里凍了億萬年的冰塊,死寂而冰冷。木星、土星、天王星的那些冰凍星,長(zhǎng)久以來就給人類這樣的印象。
但最近,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),我們可能被這些“冰球”高冷的外表給騙了。最新的研究揭示,在這些堅(jiān)冰之下,不僅藏著廣闊的液態(tài)海洋,這些海洋甚至還可能處于一種奇特的“沸騰”狀態(tài)。
![]()
這可不是燒開水那種沸騰,而是一種由壓力變化引發(fā)的、在低溫下就能發(fā)生的劇烈物理過程。這項(xiàng)由加州大學(xué)戴維斯分校團(tuán)隊(duì)在2025年底發(fā)表的研究,徹底刷新了我們對(duì)這些遙遠(yuǎn)天體的認(rèn)知。
今天,小圓就跟大家一起聊聊,冰殼之下為何會(huì)“沸騰”,以及這鍋可能正在“咕嘟”的湯,為何讓尋找外星生命的科學(xué)家們?nèi)绱伺d奮。
![]()
![]()
要讓一個(gè)遠(yuǎn)離太陽、表面溫度極低的天體內(nèi)部保持不凍,甚至活躍,就必須有一個(gè)強(qiáng)大的內(nèi)部熱源。地球內(nèi)部很熱,主要靠放射性元素衰變和殘留的原始熱量。但對(duì)于那些冰衛(wèi)星來說,它們的能量來自一個(gè)更動(dòng)態(tài)的源泉——引力帶來的“潮汐加熱”。
你可以這樣理解:當(dāng)一顆衛(wèi)星繞著巨大的行星(比如土星)旋轉(zhuǎn)時(shí),它并不是孤獨(dú)的。通常,它還會(huì)受到其他衛(wèi)星引力的拉扯,形成一種復(fù)雜的軌道共振。這就好比幾顆衛(wèi)星在跳一場(chǎng)編排精密的引力舞蹈。這場(chǎng)舞蹈導(dǎo)致衛(wèi)星的軌道不是完美的圓形,而是橢圓形。
![]()
于是,在它靠近行星和遠(yuǎn)離行星的過程中,會(huì)持續(xù)被行星的巨大引力拉伸又?jǐn)D壓,這種持續(xù)不斷的形變?cè)谛l(wèi)星內(nèi)部產(chǎn)生巨大的摩擦,從而生成熱量。
但關(guān)鍵點(diǎn)來了:這個(gè)熱源不是恒定不變的。主導(dǎo)這項(xiàng)研究的馬克斯·魯?shù)婪蚪淌谥赋觯l(wèi)星的軌道參數(shù)在漫長(zhǎng)的歲月里會(huì)緩慢變化,導(dǎo)致潮汐加熱的強(qiáng)度像呼吸一樣有起有伏。
![]()
![]()
一提到“沸騰”,我們本能想到的是燒開水,溫度要達(dá)到100攝氏度。但在這些冰衛(wèi)星的深海里,上演的是一種完全不同的“沸騰”,驅(qū)動(dòng)它的不是高溫,而是低壓。這涉及水的一種特殊性質(zhì):液態(tài)水的密度比冰大。也就是說,冰融化成水時(shí),體積會(huì)縮小。
研究團(tuán)隊(duì)通過模型發(fā)現(xiàn),當(dāng)潮汐加熱加劇,冰殼從底部開始大規(guī)模融化時(shí),大量的冰變成密度更高的水,會(huì)導(dǎo)致支撐上方冰殼的總體積瞬間減小。這就像一個(gè)結(jié)實(shí)的冰架,底下的支柱突然變細(xì)變短了。其直接后果是,海洋頂部的壓力會(huì)急劇下降。
![]()
對(duì)于土衛(wèi)二、土衛(wèi)一這些體積較小、自身重力較弱的衛(wèi)星來說,它們內(nèi)部的背景壓力本來就不高。壓力驟降很容易跌破一個(gè)關(guān)鍵的物理閾值——“三相點(diǎn)”。
在這個(gè)點(diǎn)上,物質(zhì)可以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三相共存。一旦環(huán)境壓力低于水的三相點(diǎn)壓力,即便溫度遠(yuǎn)低于0°C,液態(tài)水也會(huì)劇烈地變成水蒸氣,就像在真空環(huán)境下,室溫的水也會(huì)迅速沸騰一樣。
![]()
因此,在冰衛(wèi)星的地下海洋中,可能會(huì)周期性地出現(xiàn)這樣的奇觀:在冰冷的環(huán)境中,由于壓力太低,海水表面“咕嘟咕嘟”地冒出大量蒸汽泡。這種“冷沸騰”是極具破壞性的。蒸汽泡的形成會(huì)進(jìn)一步掏空結(jié)構(gòu),可能導(dǎo)致上覆的冰殼失去支撐,發(fā)生局部坍塌或劇烈變形。
這種由相變驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力過程,為我們理解這些星球上一些詭異的地形提供了全新的鑰匙。接下來,就讓我們看看這把鑰匙,能打開哪些謎題之門。
![]()
![]()
這項(xiàng)關(guān)于“沸騰海洋”的理論,如同一盞明燈,照亮了之前許多令人費(fèi)解的行星觀測(cè)。它完美解釋了為什么有些冰衛(wèi)星看上去“表里不一”。
典型是土衛(wèi)一(米瑪斯),就是那個(gè)因?yàn)橛袀€(gè)大隕石坑長(zhǎng)得像《星球大戰(zhàn)》里“死星”的衛(wèi)星。它的表面布滿了古老的環(huán)形山,地質(zhì)構(gòu)造看起來毫無生氣,一直被認(rèn)為是個(gè)徹底凍僵的冰疙瘩。探測(cè)器數(shù)據(jù)卻暗示其內(nèi)部可能存在全球性的地下海洋。
![]()
這豈不是矛盾?魯?shù)婪虻哪P徒o出了解答:在土衛(wèi)一這樣的“小個(gè)子”衛(wèi)星上,當(dāng)海洋處于融化-降壓階段時(shí),冰殼是從底部向內(nèi)“融化掏空”的,表面沒有受到向外推的力,因此不會(huì)產(chǎn)生明顯的裂縫或噴泉。
此外,研究還指出了一個(gè)有趣的“尺寸定律”:這種“減壓沸騰”的戲碼,主要發(fā)生在中小型冰衛(wèi)星上。對(duì)于像天衛(wèi)三(泰坦尼亞)這樣更大的衛(wèi)星,其自身重力產(chǎn)生的背景壓力太高,很難降到三相點(diǎn)以下。
![]()
它們的冰殼可能在壓力降到足以沸騰前,就因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)失穩(wěn)而直接斷裂了,形成的是另一種地質(zhì)景觀。這說明,在行星科學(xué)里,個(gè)頭大小真的能決定命運(yùn)。
![]()
從尋找地外生命的角度看,這一發(fā)現(xiàn)無疑注入了一劑強(qiáng)心針。一個(gè)會(huì)周期性經(jīng)歷壓力劇變、甚至產(chǎn)生“沸騰”的海洋,絕對(duì)不是一個(gè)平靜的一潭死水。這種劇烈的活動(dòng)性,會(huì)極大地促進(jìn)海底巖層與海水之間的物質(zhì)和能量交換。生命所需的多種化學(xué)元素和能量梯度,很可能就在這種冰與火的周期性拉鋸戰(zhàn)中,被源源不斷地制造和輸運(yùn)。
![]()
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.