為找地外生命指路！冰衛(wèi)星沸騰海洋促物質(zhì)交換，或存生命搖籃

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)。