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認(rèn)真閱讀下面的文章，并思考文末互動(dòng)提出的問(wèn)題，嚴(yán)格按照互動(dòng)：你的答案格式在評(píng)論區(qū)留言，就有機(jī)會(huì)獲得由九州出版社提供的優(yōu)質(zhì)科普書(shū)籍《地球前任霸主的2.3億年》。

外太陽(yáng)系驚現(xiàn)新的海洋世界！其存在或揭示液態(tài)海洋形成之謎，更點(diǎn)燃尋找生命的新希望。

外太陽(yáng)系充滿了液態(tài)水。木星第四大衛(wèi)星歐羅巴的冰殼下隱藏著咸水海洋，水量超過(guò)地球所有海洋的總和。土星的衛(wèi)星恩克拉多斯擁有地下海洋，不斷向太空噴射水蒸氣羽流。更有引人遐想的跡象表明，木衛(wèi)三、木衛(wèi)四、土衛(wèi)六等遙遠(yuǎn)衛(wèi)星上也可能存在海洋。

圖片來(lái)源：詹姆斯·普羅沃斯特（JAMES PROVOST）（CC BY-ND）行星科學(xué)家：艾麗莎·羅登（Alyssa Rhoden），美國(guó)西南研究院

如今，另一顆衛(wèi)星似乎正悄悄被液體淹沒(méi)。土星的衛(wèi)星土衛(wèi)一（Mimas）以其酷似《星球大戰(zhàn)》中“死星”的外形而聞名，其冰殼之下可能藏著液態(tài)水。若屬實(shí)，類似海洋可能就隱藏在我們眼前，而外太陽(yáng)系或許比想象中更宜居。

2014年，科學(xué)家首次公布證據(jù)，指出土衛(wèi)一可能是個(gè)“海洋世界”——這引發(fā)了長(zhǎng)達(dá)十年的爭(zhēng)論?，F(xiàn)就職于科羅拉多州博爾德美國(guó)西南研究院的行星科學(xué)家艾麗莎·羅登（Alyssa Rhoden）在內(nèi)的許多人，都對(duì)此高度懷疑。他們的理由很簡(jiǎn)單：木衛(wèi)一表面布滿隕石坑，完全沒(méi)有顯示出存在內(nèi)部海洋的跡象。按理說(shuō)，土星的潮汐力也會(huì)像攪動(dòng)恩克拉多斯（Enceladus）的海洋那樣，對(duì)土衛(wèi)一施加近似的作用力，導(dǎo)致土衛(wèi)一表面冰層出現(xiàn)大型裂縫。但迄今為止，現(xiàn)實(shí)中從未觀測(cè)到這樣的裂縫。

如今，形勢(shì)可能已逆轉(zhuǎn)。羅登團(tuán)隊(duì)與巴黎天文臺(tái)瓦萊里·拉尼（Valéry Lainey）團(tuán)隊(duì)的兩項(xiàng)研究，為土衛(wèi)一的海洋存在提供了更有力的證據(jù)，甚至解釋了表面未現(xiàn)裂縫的謎題。研究表明，土衛(wèi)一的海洋可能較為年輕且處于變化中。若真如此，外太陽(yáng)系或許正充滿活躍的天體活動(dòng)。這一可能性讓羅登最為興奮。她在接受《Knowable》雜志采訪時(shí)，討論了這個(gè)潛在的海洋及其對(duì)科學(xué)界的重大意義。

（以下采訪內(nèi)容已精簡(jiǎn)）

這些隱藏的海洋有什么特點(diǎn)？

從多方面看，它們與地球海洋相似——至少都可能是咸水。

我們知道這些海洋世界表面覆蓋冰層，這是由其整體明亮的外觀推測(cè)的。這一特點(diǎn)已通過(guò)望遠(yuǎn)鏡和航天器對(duì)水冰特征的觀測(cè)得到證實(shí)。部分海洋衛(wèi)星的密度極低，內(nèi)部巖石中很可能混有水冰。在熱量作用下，水冰會(huì)融化成液態(tài)水，侵蝕巖石形成咸水。恰好恩克拉多斯的咸水正噴向太空，為我們提供了直接證據(jù)。

外太陽(yáng)系如此寒冷，熱量從何而來(lái)？

在外太陽(yáng)系，乍看之下似乎不可能存在海洋。距離太陽(yáng)如此遙遠(yuǎn)，融化冰層所需的熱量極為稀缺。但多虧了一種引力怪象，外太陽(yáng)系竟可能相當(dāng)“溫暖”。

以木星及其衛(wèi)星歐羅巴（木衛(wèi)二）為例。木星對(duì)歐羅巴施加了強(qiáng)大的引力，使歐羅巴沿著朝向木星的方向被拉伸，呈橢球狀。由于歐羅巴的軌道是橢圓形的，它時(shí)而靠近木星，時(shí)而遠(yuǎn)離木星 。隨著軌道變化，歐羅巴不斷被拉伸和釋放。這種過(guò)程在其內(nèi)部產(chǎn)生摩擦，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而提供了維持液態(tài)海洋所需的熱量。

早在1979年，旅行者號(hào)探測(cè)器飛掠木星時(shí)，發(fā)現(xiàn)了歐羅巴可能擁有地下海洋的線索。歐羅巴的樣貌與月球或內(nèi)太陽(yáng)系其他天體截然不同：其冰凍表面幾乎沒(méi)有隕石坑，取而代之的是交錯(cuò)的紋線和被移動(dòng)過(guò)的破碎冰塊。只需稍加觀察，就能想象那里正發(fā)生著不同尋常的地質(zhì)活動(dòng)。

土衛(wèi)一的表面與木星的衛(wèi)星歐羅巴（Europa）及土星的另一衛(wèi)星恩克拉多斯（Enceladus）截然不同。研究人員認(rèn)為，歐羅巴和恩克拉多斯均藏有地下海洋。圖片來(lái)源：土衛(wèi)一NASA/JPL-Caltech/太空科學(xué)研究所；歐羅巴，NASA/JPL-Caltech/DLR；恩克拉多斯，NASA/JPL/太空科學(xué)研究所。

您提到表面特征，我們還能通過(guò)哪些證據(jù)探測(cè)隱藏的海洋？

要想探測(cè)隱藏的海洋，一種方法是觀察磁場(chǎng)。由于鹽水具有導(dǎo)電性，它會(huì)在衛(wèi)星周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，干擾行星的磁場(chǎng)。這是證明歐羅巴存在地下海洋的關(guān)鍵證據(jù)之一。

但僅靠磁場(chǎng)還不夠。我們還需要綜合多種證據(jù)才能得出結(jié)論。例如，還可以分析衛(wèi)星表面的鹽分含量，或測(cè)量衛(wèi)星重力對(duì)探測(cè)器的牽引力。由于巖石、液態(tài)金屬與液態(tài)水的密度不同，引力的大小可以提供有關(guān)物質(zhì)成分及其分布位置的線索。

另一種方法是觀察衛(wèi)星在軌道運(yùn)行中朝向的變化。通常，這類小衛(wèi)星會(huì)始終以同一面朝向母行星，類似月球?qū)Φ厍?。但隨著衛(wèi)星沿軌道移動(dòng)，其朝向可能會(huì)稍微來(lái)回?cái)[動(dòng)，形成一種可見(jiàn)的“搖擺”。這種搖擺的幅度與衛(wèi)星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。覆蓋海洋的冰殼比覆蓋巖石的冰殼更容易自由移動(dòng)，因此搖擺幅度通常更大。恩克拉多斯的海洋正是通過(guò)這種方法被發(fā)現(xiàn)的，這也是證明土衛(wèi)一存在海洋的最有力證據(jù)之一。

我們聊聊土衛(wèi)一吧。您是如何開(kāi)始研究這顆衛(wèi)星的？

2014年關(guān)于土衛(wèi)一的論文發(fā)表時(shí)，我已經(jīng)花了大約十年的時(shí)間研究歐羅巴和其他冰衛(wèi)星。這篇論文通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星的“天平動(dòng)” [1] ，即衛(wèi)星可見(jiàn)部分隨軌道移動(dòng)產(chǎn)生的擺動(dòng)，提出土衛(wèi)一內(nèi)部可能存在地下海洋或形狀奇特的巖核。

但擁有海洋似乎不可能，起初簡(jiǎn)直令人難以置信。土衛(wèi)一的表面如月球般隕石坑遍布，既沒(méi)有歐羅巴那樣的交叉線條或破碎板塊，也不像恩克拉多斯會(huì)噴發(fā)間歇泉。所以我當(dāng)時(shí)看了一眼土衛(wèi)一就斷言：“這絕不可能是存在海洋的衛(wèi)星?！钡矣忠庾R(shí)到，我無(wú)法完全否定這個(gè)想法。

多年來(lái)，土衛(wèi)一始終縈繞在我腦海中。直到2023年，我在《地球與行星科學(xué)年度評(píng)論》上發(fā)表論文時(shí)，終于梳理清楚：論文排除了多種海洋假說(shuō)，僅剩一種可能，即土衛(wèi)一在自身形成后很久，才誕生了一個(gè)年輕的海洋。這種新形成的海洋可能隱蔽性更強(qiáng)，但當(dāng)時(shí)這依然只是一個(gè)假設(shè)。

月球始終以同一面朝向地球，但因軌道傾斜和形狀影響，月球會(huì)稍微來(lái)回?cái)[動(dòng)。這種擺動(dòng)被稱為“天平動(dòng)”。NASA的這段視頻還展示了月相變化。圖片來(lái)源：NASA科學(xué)可視化工作室

近期的研究如何改變了我們的認(rèn)知？

2024年初，瓦萊里·拉尼（Valéry Lainey）的團(tuán)隊(duì)報(bào)道了支持土衛(wèi)一存在海洋的新觀測(cè)證據(jù)。他們未研究天平動(dòng)現(xiàn)象，而是通過(guò)分析土衛(wèi)一軌道隨時(shí)間的變化，而這些變化與衛(wèi)星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。研究團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論：異常巖核無(wú)法解釋軌道變化，那片可能存在的海洋成為了土衛(wèi)一軌道變化最合理的解釋。

我團(tuán)隊(duì)于6月發(fā)表的研究進(jìn)一步解釋了為何從土衛(wèi)一表面上觀測(cè)不到裂縫。我們認(rèn)為，這個(gè)海洋非常年輕——僅有約1000萬(wàn)年的歷史，且最近海洋面積才停止擴(kuò)張。年輕海洋因潮汐活動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力可能不足以撕裂上層冰殼。相反，當(dāng)海洋逐漸重新凍結(jié)時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生足夠的應(yīng)力導(dǎo)致冰層破裂。由于土衛(wèi)一軌道逐漸變圓，熱量正在散失，重新凍結(jié)過(guò)程才剛剛開(kāi)始，而只有這一過(guò)程才會(huì)導(dǎo)致冰層開(kāi)裂。

研究表明，土衛(wèi)一最終可能會(huì)失去這片海洋，這令人稍感遺憾。但換個(gè)角度看，土衛(wèi)一或許會(huì)變成下一顆恩克拉多斯星——成為土星最酷的衛(wèi)星，擁有深深的裂縫，甚至可能噴發(fā)水柱。

這項(xiàng)研究有哪些更深遠(yuǎn)的意義？

從地質(zhì)物理角度看，該研究顛覆了我們的傳統(tǒng)認(rèn)知。我們?cè)J(rèn)為太陽(yáng)系早期是活躍期（所有地質(zhì)活動(dòng)集中于此），隨后逐漸趨于平靜。例如，冥王星的衛(wèi)星卡戎（Charon）可能已失去海洋，歐羅巴和木衛(wèi)三的海洋也相當(dāng)古老。而土衛(wèi)一在形成后很久還能孕育新海洋，并且我們還能觀測(cè)到這一過(guò)程——這太令人興奮了！這表明，即使是那些擁有古老、布滿隕石坑的表面的天體，也有可能正在經(jīng)歷類似的轉(zhuǎn)變。

研究還涉及宜居性議題，即這些海洋是否適合生命存在？目前我們尚不清楚，除地球外，太陽(yáng)系其他海洋是否宜居、在過(guò)去或現(xiàn)在是否有生命存在。但若土衛(wèi)一上面真有海洋，它將為我們打開(kāi)一扇窗，以助我們窺探這些外星世界如何演化，甚至揭示棲息地的形成與消亡的過(guò)程。能直接觀察這些過(guò)程，而非回顧遙遠(yuǎn)的過(guò)去、僅觀察遠(yuǎn)古事件的最終狀態(tài)，實(shí)在令人興奮。

請(qǐng)觀看一段藝術(shù)家創(chuàng)作的動(dòng)畫(huà)，這段動(dòng)畫(huà)展示了木星冰衛(wèi)星探測(cè)器（Juice）在2023年4月發(fā)射后如何作業(yè)。這項(xiàng)歐洲空間局的任務(wù)預(yù)計(jì)2031年抵達(dá)木星，并至少用三年時(shí)間收集木星冰衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。圖片來(lái)源：ESA / ATG Medialab

哪些即將開(kāi)展的任務(wù)可以為我們提供更多信息？

歐洲空間局已發(fā)射木星冰衛(wèi)星探測(cè)器（Juice），將對(duì)歐羅巴、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)——后兩者也顯示出存在海洋的跡象。2024年秋季，NASA將發(fā)射歐羅巴快帆探測(cè)器（Europa Clipper），進(jìn)入木星軌道，探測(cè)歐羅巴是否具備適合生命存在的條件。

在NASA未來(lái)任務(wù)的議程中，天王星系統(tǒng)被列為優(yōu)先目標(biāo)。而最近的研究成果在這一系統(tǒng)中具有重要意義。天王星系統(tǒng)與土星系統(tǒng)之間呈現(xiàn)出驚人的相似性，同樣擁有冰質(zhì)中等衛(wèi)星（如類似土衛(wèi)一和恩克拉多斯的衛(wèi)星）。若土衛(wèi)一存在年輕海洋，那么天王星的衛(wèi)星中也極有可能隱藏著一片水世界——該推測(cè)并非遙不可及......

[1] "Libration"（天平動(dòng)）是天文學(xué)專用術(shù)語(yǔ)，指天體因軌道運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)周期差異導(dǎo)致的視擺動(dòng)現(xiàn)象。

作者：Shannon Hall

翻譯：邊穎

審校：7號(hào)機(jī)

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今天我們將送出由九州出版社提供的《地球前任霸主的2.3億年》。

沒(méi)有哪個(gè)孩子不喜歡恐龍——而每個(gè)人都正是或曾是孩子?？铸埵谴蟮厣闲凶哌^(guò)的最壯麗動(dòng)物，是許多人的科學(xué)啟蒙，亦是商超、影視、游樂(lè)園乃至體育場(chǎng)上的時(shí)髦角色。相關(guān)的古生物學(xué)研究從20世紀(jì)90年代起已有長(zhǎng)足發(fā)展，許多新發(fā)現(xiàn)在變革人類對(duì)恐龍的認(rèn)識(shí)。本書(shū)以精干的篇幅，通過(guò)十個(gè)妙趣橫生又有代表性的問(wèn)題，結(jié)合新近研究成果，為讀者呈現(xiàn)了恐龍的真實(shí)面貌、分類知識(shí)、相關(guān)的研究和測(cè)定方法等。其覆蓋話題廣泛，信息豐富，卻篇幅凝練，非常易讀，真正做到了寓教于樂(lè)。無(wú)論什么年齡段的讀者，都可以在書(shū)中收獲一場(chǎng)業(yè)人士導(dǎo)游的極速恐龍之旅。

【互動(dòng)問(wèn)題：如果木衛(wèi)一的海洋真的只有1000萬(wàn)年歷史（相比地球海洋的40億年非常年輕），這對(duì)我們理解太陽(yáng)系其他天體的演化有什么啟示？】

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截止到本周四中午12：00，參與互動(dòng)的留言中點(diǎn)贊數(shù)排名第二、三、五的朋友將獲得我們送出的圖書(shū)一套（點(diǎn)贊數(shù)相同的留言記為并列，下一名次序加一，如并列第二之后的讀者記為第三名，以此類推）。

為了保證更多的朋友能夠參與獲獎(jiǎng)，過(guò)往四期內(nèi)獲過(guò)獎(jiǎng)的朋友不能再獲得獎(jiǎng)品，名次會(huì)依次順延

*本活動(dòng)僅限于微信平臺(tái)

編輯：7號(hào)機(jī)

翻譯內(nèi)容僅代表作者觀點(diǎn)

不代表中科院物理所立場(chǎng)