第254章 羽化

    华枫记下了在2005年7月14日，科学家在卡西尼号飞掠土卫二时拍摄的照片中发现了一个位于南极地区、产生构造变形的特别区域。而其中有很多的地方产生了羽毛状的物体。

    该地区位于北纬60°区域，其间遍布裂缝和山脊，同时也存在着少量微型撞击坑，这表明这是土卫二表面最年轻的地貌，同时也是所有中等大小的冰冻卫星上的最年轻地貌；其间的撞击坑构造表明该地区的某些区域可能只有5万年的历史，甚至可能更年轻。

    靠近该区域的中心区分布着4个裂缝带，以及众多的山脊——这些山脊被非正式地命名为“虎皮条纹”。

    这些裂缝可能是该地区最年轻的地质结构，它们的四周分布着呈薄荷绿色、带有粗糙纹理的冰体——这些冰体在其他地区常常出现在岩石露头中或裂缝壁上。在该地区的平坦地带中亦发现了“蓝”冰，这表明该地区十分年轻，以致还未来得及被覆盖上一层来自e环的带有细密纹理的冰体。

    可见光和红外线测绘分光计（vis）的探测结果表明分布于“虎皮斑纹”四周的绿色物质在化学结构上与土卫二的其他地表物质存在差异，同时在“虎皮斑纹”中发现了透明的冰体，这说明这一地质构造十分年轻（可能小于1千年），或者该地质构造表面的冰体近期曾受到热源影响。另外，该仪器还在“虎皮斑纹”中测得结构较简单的有机化合物，这在该卫星上尚属首次发现。

    在7月14日的飞掠中，卡西尼号对南极地区分布“蓝”冰的地区之一进行了观测，并拍下了高分辨率的照片，照片显示该地区存在着剧烈的地质变形，并发现了一些直径为10—100米的巨石。

    土卫二南极地区四周环绕着一系列相互平行的、呈y形和v形的山脊和峡谷。这些山脊和峡谷的形状、走向和位置都表明它们是土卫二的整体形变造成的。最近，存在着两种理论解释这种地形形变的产生。第一种认为土卫二绕土星运行的轨道缩小了，从而导致土卫二自转速度的提高，这种变化进而导致土卫二自转轴的调整。第二种理论认为大量从土卫二内部喷发出的温暖的、低密度的物质导致了这种地形所在区域从土卫二南半球中纬度地区位移至高纬度地区。结果，土卫二的椭球体将会因为这种变化做出相应的调整。

    根据自转轴变化理论所得出的推导结果之一是土卫二的南北两极均曾有过类似的地形变化。　不过与推论相反，土卫二的北极地区却密布着撞击坑，且地质年龄也较南极地区大得多。土卫二地壳的厚薄不均或许可以解释这种差异。

    这种地壳厚度的变化得到了南极地区边缘y形、v形地形和毗邻南极的地区地质年龄之间相互关联的佐证y形的、不连贯的地形和纵贯南北的断裂带均是较年轻的地形，推测亦认为这种地形对应的地壳厚度较薄；而v形地形则毗邻着那些地质年龄较大、撞击坑分布稠密的地区。

    在80年代初期旅行者号对土卫二进行了观测之后，科学家们基于以下理由认为该星体可能存在着地质活动年轻的、具有高反射度的表面和其处于e环核心区的位置。　土卫二和e环的联系使科学家猜想认为土卫二正是e环上散布的物质的来源——即从土卫二内部喷射出的水蒸气最终构成了e环。不过，旅行者号的观测结果未能提供确凿证据证明土卫二现今仍处于活跃状态。

    不过之后的卡西尼号上承载了多种仪器，通过这些仪器的观测，科学家最终发现了土卫二上存在着喷发水和其他易挥发物质、而非硅酸盐石块的冰火山。2005年1月和2月，卡西尼号上的成像科学子系统（iss）首次观测到土卫二南极地区喷发出的由细小冰晶构成的羽状物。

    在2005年2月17日的飞掠中，磁力计观测到的关于土卫二大气的数据也证明之前成像科学子系统所观测到的现象是真实的——该数据显示当时土卫二附近的离子回旋波的能量有所增强。离子回旋波是离子和磁场相互作用的产物，通过测定离子回旋波的频率可以确定物质的构成——经过测定，这种物质是经过电离的水蒸气。

    在其后的两次飞掠中，磁力计发现土卫二大气中的气体大部分都集中于南极地区，其他地区的大气浓度则相对十分稀薄。在2月17日和7月14日的飞掠中，紫外线摄谱仪（uvis）观测到两例掩星现象。在2月的飞掠中，紫外线摄谱仪未能找到土卫二赤道地区存在大气的证据，但在7月飞掠观测掩星现象的过程中探测到了水蒸气的存在。

    卡西尼号偶然地穿越了气体云，离子和中性粒子分光计（s）和宇宙尘埃分析仪（cda）从而能够直接获取羽状物的样本。离子和中性粒子分光计对气体云的物质构成进行了测定，发现其中大部分为水蒸气，并包含少量的分子态氮、甲烷和二氧化碳。宇宙尘埃分析仪发现“越靠近土卫二，颗粒物质数量越多”，这证明土卫二的确是e环物质的主要来源地。离子和中性粒子分光计以及宇宙尘埃分析仪的数据表明卡西尼号穿越的气体云确为冰火山所喷发的、富含水分的羽状物，这种羽状物来源于南极地区的喷射口。

    月，这种喷射活动得到了进一步的确认，成像科学子系统拍摄到了土卫二南极地区类似喷泉的冰晶喷射活动。（实际上，在之前的2005年2月，卡西尼号已经拍摄到羽状物，只是仍需要进一步对高相位角度拍摄的照片——即当太阳处于土卫二身后时所拍摄的照片——进行研究以真正确认其存在，这些照片还需要同其他土星卫星的高相位照片进行对比。）

    11月的观测结果显示了羽状物的完整结构，并发现该羽状物由数个独立的喷射活动的喷射物（或许来自数个不同的喷射口）共同构成，并扩展至距卫星表面近500公里的地区。这一观测结果使得土卫二成为第四颗被证实存在火山活动的太阳系天体，之前的三颗分别是地球、海卫一和木卫一。月，在成像科学子系统观测到尘埃喷射活动的同时，紫外线摄谱仪亦观测到了气体喷射活动。

    2008年3月12日的飞掠使卡西尼号获得了进一步的观测机会。观测数据显示羽状物中含有更多的化学物质，包括简单的和复杂的碳氢化合物，如丙烷、乙烷和乙炔。这项发现提高了土卫二表面存在生命的可能性。卡西尼号上的离子和中性粒子分光计对羽状物的物质构成进行测量后发现其与大部分彗星的物质构成相近。

    多种观测仪器的观测结果表明在土卫二南极地区，这种从受压的地下腔室中喷发羽状物的活动类似于地球上的喷泉。由于离子和中性粒子分光计和紫外线摄谱仪均未在喷射物质中发现氨——该物质能够起到防冻作用，因此科学家预测在土卫二地下受热、受压的腔室中流动着温度至少达到零下3摄氏度、近乎纯净的液态水，即如图十三所示。由冰融化为纯水，比之氨水混合物的融化需要更多的热量。

    这种热量可能来自引力潮汐能或辐射源所产生的能量。另一种产生羽状物的途径是土卫二表面温暖的冰的升华。在2005年7月14日的飞掠过程中，卡西尼号上的红外成份分光计（cirs）在靠近南极点的地区发现了一个温暖区域，该区域的温度达到了8590开尔文度，部分区域的温度甚至高达157开尔文度（零下116摄氏度），远较地表接收阳光辐射产生的温度高，这表明该区域受到了土卫二内部热源的加热。在这种温度下，该区域的冰体能够以较其他区域冰体快得多的速度升华，并产生羽状物。

    这种假说受到了较多关注因为如若加热地表冰体的地下层物质为呈半流质状态的氨水混合物，那么不需要太多的能量就可以产生羽状物不过，羽状物中富含的大量冰晶显然更支持“冷喷泉”模式假说并削弱了冰体升华假说的可信性。

    此外，基辅等人还提出了笼型水合物的来源理论，该理论认为，当“虎皮斑纹”地形破裂时，蕴藏于其中的二氧化碳、甲烷和氮暴露于真空之中，从而被释放出来。该理论并不需要“冷喷泉”模式假说中用于融冰的热能的存在，也能在缺少氨的情况下解释得通。

    在卡西尼计划施行之前，人们对于土卫二的内部构造知之甚少。不过，在卡西尼号飞船对土卫二进行的数次飞掠过程中所得出的探测结果为构建土卫二的内部模型提供了必要的信息，其中包括了对土卫二的质量和三轴椭球体形状的测定、高分辨率的地表照片和地质化学上的新发现。

    之前旅行者测得的土卫二质量表明土卫二可能完是由固态冰组成的。但是根据土卫二对卡西尼号的重力作用效果进行的测定表明，这个数值要远高于之前的推测，其密度达到了116克/立方厘米，高于土星其他中等体积的冰卫星的密度，这表明土卫二可能含有更多的硅酸盐和铁。除了固态冰之外其他物质的存在，意味着土卫二内部可能拥有放射性物质衰变所产生的较为丰富的热能。

    卡斯蒂略等人认为土卫八和其他的土星冰卫星都是在土星分星云形成后不久就形成的因此富含短期放射性核素。这些放射性核素，如铝，有较短的半衰期并能够相对较快地为星体内核提供热能。虽然土卫二拥有相对高密度的岩石构造但是如果没有这些短期放射性核素，那么土卫二内部的长期放射性核素则来不及阻止内核的快速冰冻。　鉴于土卫二的高密度岩石构造，人们猜测铝的高含量将会导致一个不同的构造类型的出现，这个构造类型包含了一个冰冻的地幔和一个岩石的内核。

    后期的辐射能和潮汐作用则将内核的温度提升到了1000　k，这个温度足以融解内层地幔。但是，若要保持土卫二地质活动的活跃性，则部分的内核也必须融化，以形成岩浆腔室，这种腔室在土星的潮汐作用下会扭曲变形。土卫四的共振效应或天平动产生的潮汐热使得这些位于内核的热点至今仍保持活跃，并为现在土卫二上的地质活动提供能量，

    此外，科学家还测定了土卫二的形状，以进一步判断该卫星是否具有内部分层结构。波尔科等人根据其2006年的测量结果认为该星体处于流体静力学的平衡状态，在此状态下，星体内部是不分层的，这与地质学及地球化学方面的证据所指向的结果相矛盾。

    最近的某些时候，华枫总觉得自己现在有些甩手掌柜的样子，农家的各项事宜基本都交由沈丘代理，而且华枫不顾长老会的反对，坚持立沈丘为代侠魁，他不在的时候，沈丘的作用就如同历代侠魁一样，虽然这在历史上还从未出现过。

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