土衛(wèi)六可能并沒有全球性的海洋

在2004年至2017年間，卡西尼號土星探測器環(huán)繞土星運行，并多次對其衛(wèi)星實施近距離飛掠觀測。其中124次飛掠土星最大的衛(wèi)星——土衛(wèi)六。

這張圖像由卡西尼號于2015年5月22日拍攝，前景中的土衛(wèi)六靜靜懸浮，身后是若隱若現的土星。（圖/NASA）

2008年，科學家在分析了卡西尼號任務的數據后，推測出了一個關節(jié)的結果：在土衛(wèi)六那富含碳氫化合物的表面之下，可能存在一個由液態(tài)水構成的巨大海洋。然而，當研究人員在物理模型中假設土衛(wèi)六內部存在這樣一片海洋時，模型計算得到的結果卻無法與觀測數據所反映的物理性質相吻合。

在一項于近期發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，NASA的噴氣推進實驗室（JPL）的研究人員對卡西尼號任務的數據進行了重新分析，得出的新結果顯示：土衛(wèi)六的內部可能并非整體液態(tài)海洋，而是一個由多層“黏冰”物質構成，其間夾雜著孤立存在的液態(tài)水囊的結構。

土衛(wèi)六下真的有海洋嗎？

這一新的結論是通過測量卡西尼號在飛掠土衛(wèi)六期間所發(fā)回的射電信號頻率而得出的。

由于一顆衛(wèi)星內部的質量分布可能并不均勻，因此當航天器飛掠其附近時，衛(wèi)星的引力場會發(fā)生變化，從而使航天器的速度出現極其微小的加速或減速。而這些速度變化又會改變航天器與地面之間的射電波頻率——這一效應被稱為多普勒頻移。

這六幅土衛(wèi)六的紅外圖像是通過整合卡西尼號任務期間收集的數據生成的。它們揭示了在朦朧大氣之下，土衛(wèi)六表面的真實面貌，并突出顯示了這顆衛(wèi)星表面多樣而變化的地貌特征。（圖/NASA）

通過分析多普勒頻移，科學家可以推斷出衛(wèi)星的引力場分布及其形狀；而這種形狀會隨著衛(wèi)星在母行星引力作用下繞行而隨時間發(fā)生周期性的變化。形變的程度取決于衛(wèi)星的內部結構。

就土衛(wèi)六而言，當它在略呈橢圓的軌道上靠近土星時，土星強大的引力就會對其產生擠壓；而當它運行至最遠點時，又會被拉伸。這種反復的形變會產生能量，并以內部加熱的形式被耗散掉。

此前，當科學家分析“卡西尼號”在十次近距離飛掠土衛(wèi)六時采集的射電數據后發(fā)現，土衛(wèi)六的形變幅度異常之大，因此他們當時推斷其內部必然是液態(tài)的——因為如果是完全固態(tài)，其形變程度會小得多。

新的內部結構

在這項研究中，研究人員引入了一個新的、更加微妙的分析維度：時間。

土衛(wèi)六的形狀變化大約滯后于土星引力作用峰值15個小時才達到最大程度。這就好比用勺子攪拌蜂蜜：越是濃稠、黏滯的物質，推動它所需的能量就越是大于攪動液態(tài)的水。通過測量這一時間延遲，研究人員估算了改變土衛(wèi)六形狀所需的能量，從而進一步推斷出其內部物質的黏度特性。

研究人員發(fā)現，土衛(wèi)六深部存在強烈的能量耗散，這種能量耗散的程度遠高于在假設其內部存在全球性液態(tài)海洋時應當出現的水平。這一發(fā)現出乎所有人的意料之外，它意味著，土衛(wèi)六的內部結構與此前的推斷完全不同。

因此，研究人員對土衛(wèi)六的內部結構提出了一種新的解釋：土衛(wèi)六內部存在多層冰與水混合而成的黏冰結構，其上方覆蓋著一層厚厚的固態(tài)冰殼。

這種結構同樣能夠讓衛(wèi)星發(fā)生明顯的形變，但在這種情況下，土星施加的潮汐拉力與土衛(wèi)六實際表現出形變跡象之間，會存在數小時的時間滯后——這比內部完全液態(tài)時的響應要慢得多。而且，相較于純液態(tài)內部，黏冰的內部在引力場中會表現出更強的能量耗散特征，因為這些黏冰層之間的相互摩擦會產生熱量。

這張圖示意了在不同內部結構模型下，土衛(wèi)六對土星引力潮汐的響應。僅在假設內部為黏冰結構時，模型才能再現觀測到的隆起幅度及滯后。（圖/Baptiste Journaux and Flavio Petricca）

基于這一新的內部結構模型，研究人員認為，土衛(wèi)六內部真正的液態(tài)水，只以局部“融水囊”的形式存在。這些水囊在潮汐能耗散產生的熱量加熱下，會緩慢向上遷移，朝向表面的凍結冰層。在上升過程中，它們可能形成獨特的環(huán)境，這些環(huán)境中所富含的有機分子既來自下方的巖質核心，也來自隕石撞擊帶到衛(wèi)星表面的物質。

土衛(wèi)六內部結構的假想模型。紅色區(qū)域表示融水形成的“水囊”，它們在冰層中開辟出通道，向土衛(wèi)六的核心延伸。（圖/Baptiste Journaux）

黏冰結構的低黏度，仍然允許土衛(wèi)六在土星潮汐作用下發(fā)生隆起與壓縮，并將內部熱量帶走——否則，這些熱量會融化冰層，形成真正的海洋。

生命的可能性

盡管土衛(wèi)六存在地下海洋的設想曾極大地激發(fā)了人們對其生命潛力的興趣，但研究人員認為，這項新的發(fā)現反而可能提高發(fā)現生命的可能性。

因為他們的分析顯示，土衛(wèi)六內部的這些淡水水囊溫度可能高達20攝氏度。這些水囊會將營養(yǎng)物質從巖質核心，經由高壓冰層中的黏冰區(qū)域，循環(huán)輸送至表面的固態(tài)冰殼。與開闊的海洋相比，任何可供利用的營養(yǎng)物質都會在較小體積的水中更加集中，這反而可能為簡單生命形式的生長提供更有利的條件。

或許，未來即將前往土星的任務將給我們帶來更多關于土衛(wèi)六的內部結構細節(jié)。例如，最早于2028年發(fā)射的蜻蜓任務，將前往這顆被厚霧籠罩的衛(wèi)星，對其表面展開直接探索。

這項研究凸顯了行星科學檔案數據的巨大價值。這些令人驚嘆的航天器所收集的數據并不會隨著任務結束而失去意義——隨著分析技術不斷進步，人們可以在數年甚至數十年后，從中獲得新的發(fā)現。

#參考來源：

https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-study-suggests-saturns-moon-titan-may-not-have-global-ocean/

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09818-x

https://www.washington.edu/news/2025/12/17/saturns-biggest-moon-might-not-have-an-ocean/

#圖片來源：

封面圖&首圖：NASA/JPL-Caltech