研究发现洋流可能会影响木卫二冰壳的旋转
2022年9月29日，NASA的朱诺号飞船在近距离飞越木星时，搭载的JunoCam拍摄到了这张木星冰冷的卫星木卫二的照片。该机构的欧罗巴快船探测器将在2030年到达木星轨道时探索该卫星。
影像来源： NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
研究揭示了木星卫星木卫二的冰壳如何以不同于其内部的速度旋转的新解释。NASA的欧罗巴快船将近距离观测。
NASA的科学家有强有力的证据表明，木星的卫星木卫二在其冰冷的外壳下有一个内部海洋——一个巨大的盐水体围绕着卫星的岩石内部旋转。新的计算机模型表明，水实际上可能正在推动冰壳，随着时间的推移，可能会加快或减慢卫星冰壳的旋转。
科学家们已经知道木卫二的外壳可能是自由漂浮的，其旋转速度与下面的海洋和岩石内部不同。新的模型首次表明，木卫二的洋流可能是其冰壳旋转的原因。
这项研究的一个关键要素包括计算阻力——卫星海洋对其上方冰层施加的水平力。这项研究暗示了海洋流动的力量及其对冰层的阻力甚至可以解释木卫二表面的一些地质现象。随着时间的推移，冰壳在洋流的推动和牵引下缓慢拉伸和坍塌，可能会产生裂缝和山脊。
“在此之前，通过实验室实验和建模，我们已经知道木卫二海洋的加热和冷却可能会驱动洋流。”牛津大学的研究员哈米什·海伊说，他是发表在《JGR：行星》上的这项研究的第一作者。海伊在南加州美国宇航局喷气推进实验室做博士后研究助理时进行了这项研究。“现在我们的结果强调了海洋和冰壳旋转之间的耦合，这是以前从未考虑过的。”
利用NASA即将发射的欧罗巴快船任务所收集的测量数据，甚至有可能精确地确定冰壳的旋转速度。当科学家们将欧罗巴快船收集的图像与NASA伽利略号和旅行者号任务过去拍摄的图像进行比较时，他们将能够检查冰表面特征的位置，并有可能确定卫星冰壳的位置是否随着时间而变化。
几十年来，行星科学家们一直在争论木卫二的冰壳是否比内部深处旋转得更快。但科学家们并没有将其与海洋运动联系起来，而是将注意力集中在一种外部力量上：木星。他们的理论是，当这颗气气态巨行星的引力拉着木卫二时，它也拉着木卫二的外壳，使其旋转速度略快。
“对我来说，完全出乎意料的是，海洋环流中发生的一切可能足以影响到冰冷的外壳。这是一个巨大的惊喜。”联合作者、欧洲快船项目科学家、JPL的罗伯特·帕帕拉多说。“我们在木卫二表面看到的裂缝和山脊可能与下面的海洋环流有关——地质学家通常不会认为，‘也许是海洋起作用。’”
欧罗巴快船目前正在喷气推进实验室进行组装、测试和发射操作阶段，将于2024年发射。该探测器将于2030年开始绕木星飞行，并将在环绕卫星飞行约50次的过程中，使用其精密仪器收集科学数据。这项任务的目的是确定木卫二内部海洋深处是否有适合生命生存的条件。
就像一壶水
利用研究地球海洋的技术，论文作者依靠NASA的超级计算机制作了木卫二海洋的大型模型。他们探索了水循环的复杂性，以及加热和冷却如何影响这种运动。
科学家认为，由于卫星岩石核心内的放射性衰变和潮汐加热，木卫二的内部海洋是从下面加热。就像炉子上的锅里的水加热一样，木卫二温暖的水上升到海洋的顶部。
在模拟中，环流最初是垂直移动的，但卫星作为一个整体的旋转导致流动的水转向更水平的方向——从东向西和从西向东流动。研究人员通过在他们的模拟中包括阻力，能够确定如果水流足够快，上面的冰可能会有足够的阻力来加快或减慢外壳的旋转速度。内部加热的量——以及海洋中的环流模式——可能会随着时间的推移而改变，从而可能会加速或减缓上面冰壳的旋转。
“这项工作对于理解其他海洋世界的旋转速度是如何随着时间的推移而变化的很重要。”海伊说。“现在我们知道了内部海洋与这些天体表面的潜在耦合，我们可以了解更多关于它们以及木卫二的地质历史。”
有关任务的更多信息
欧罗巴快船的主要科学目标是确定木星冰冷的卫星木卫二表面以下是否有可能支持生命的地方。该任务的三个主要科学目标是了解冰壳和其下海洋的性质，以及它们的组成和地质情况。该任务对木卫二的详细探索将帮助科学家更好地了解地球以外宜居世界的天体生物学潜力。
由加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院管理，喷气推进实验室（JPL）与马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯应用物理实验室（APL）合作，为华盛顿的NASA科学任务理事会领导了欧罗巴快船任务的开发。APL与JPL和NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心合作设计了飞船主体。位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心的行星任务项目办公室执行木卫二快船任务的项目管理。
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