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土卫二上的海洋被冰层所包裹，仿佛在翻腾和涌动。 （图片来源：加州理工学院）
冰冷广袤的海洋，被深埋在20公里厚的冰层之下，这就是土星的卫星之一——土卫二。最新研究表明，该星球似乎存在与地球类似的洋流现象。土卫二直径约500公里（约为月球的1/7），是土星的第六大卫星，尽管体积不大，但这并不妨碍人们对它产生巨大兴趣。2014年，卡西尼号对土卫二的探测数据以及从南极冰缝的间歇喷发物质中采集到的水分子，有力地证实了该星球确实存在庞大的冰下海洋。作为太阳系中少数有液态水存在的外星球（另一颗为木卫二），它已然成为了天体生物学家寻找地外生命的焦点。在之前的理论中，人们认为土卫二冰下海洋的流动性并不强，除了地核加热会造成一些垂直对流现象外，海洋整体的同质性较高，但经过对土卫二冰层结构的研究，最新理论对此提出了质疑。
相较地球而言，土卫二上的海洋可谓截然不同。地球海洋占地球表面积的四分之三，平均深度只有3.6公里，相对较浅，受太阳光的照射，海洋顶部较暖，底部较冷，在大气流动的作用下产生了洋流现象。与之相比，土卫二上是覆盖整个星球的冰层及冰下海洋，其海洋的深度至少为30公里；海洋顶部受寒冷的冰层影响，温度较低，底部受地核加热，温度较高。然而，加州理工学院的研究生Ana Lobo（MS'17）在分析卡西尼号的探测数据，并参考Andrew Thompson的研究成果后认为：两个星球的洋流现象有相似之处！（Andrew Thompson是一位环境科学和工程学教授，致力于研究南极地区冰川与海水对彼此的影响以及因此而产生的洋流混合现象。）
之所以做出这样的推测，是因为土卫二与）地球的海洋有一个重要的共同点，即它们都是含盐的。Lobo、Thompson与JPL（加州理工学院附属)的Steven Vance及Saikiran Tharimena四人共同完成了此项研究。3月25日，他们刊登在《自然地球科学》（Nature Geoscience）杂志上的论文表明，土卫二存在洋流的根本原因可能为各水域的含盐量不均，这与南太平洋环南极洋流的形成原理类似。通过分析卡西尼号测量到的引力和温度数据，我们可以确定，土卫二赤道的冰层相对两极而言更厚。Thompson认为，两极为薄冰区，其冰层处于不断融化的状态，赤道地区为厚冰区，海水持续冻结。这一现象对洋流的影响是：在厚冰区，海水不断冻结释放盐分，增加周围海水的重量，使得洋流位置下沉，薄冰区的情况则恰好相反。
洋流受冰层影响示意图
Lobo认为：“了解冰层结构的分布情况，可以使我们更准确地预测土卫二的海洋环流模式。”基于Thompson对南极洲的研究成果，科学家们建立了一个理想化的计算机模型，在模型中，不同的冰层结构，如厚冰区和薄冰区，都被洋流所连接起来，最终将形成一个影响温度和营养物质分布的两极-赤道环流。Thompson表示：“这将帮助我们了解冰下海洋哪些区域最可能适合生命生存，为日后在此寻找地外生命提供重要支持！”
作者：Robert Perkins
翻译：牛华康
审校：黄薇
引进来源：加州理工学院
本文来自：环球科学关注【深圳科普】微信公众号，在对话框：
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