上图所示的六张土卫六红外图像，是通过汇总卡西尼号任务期间收集的数据制作而成。它们展现了土卫六在朦胧大气层下的地表样貌，凸显了这颗卫星多变的地表特征。图片来源：美国国家航空航天局
一项对十多年前收集的航天器数据的最新分析表明，土星最大的卫星——土卫六——其冰冻地表之下可能并不像科学家曾经认为的那样，存在一个巨大的海洋。相反，向下穿过土卫六的冰壳，更可能揭示出额外的冰层，这些冰层逐渐过渡为泥泞的通道，并在更靠近卫星岩石内核的地方形成孤立的水囊。
此前，科学家们根据美国国家航空航天局卡西尼号土星探测任务的数据，提出了一个隐藏在土卫六冰层之下的深层液态水海洋的设想。然而，当研究人员用计算机模型验证这一想法时，结果与数据中观测到的物理特征并不相符。一次更仔细的重新分析得出了新的——更偏向于“泥泞”状态的——结论。这些结果可能会促使科学家重新审视对其他冰封世界的假设，并完善他们在土卫六上寻找生命的方式。
“我们看到的可能不是像地球这样的开放海洋，而更像是北极海冰或含水层。这不仅关系到我们可能发现何种类型的生命，也关系到营养物质、能量等的可获得性，”华盛顿大学地球与空间科学助理教授巴蒂斯特·朱尔诺（Baptiste Journaux）表示。
这项研究于12月17日发表在《自然》杂志上，由美国国家航空航天局主导，朱尔诺及其实验室的华盛顿大学地球与空间科学研究生乌拉·琼斯（Ula Jones）参与了贡献。
卡西尼号的遗产与土卫六不寻常的地表
卡西尼号任务始于1997年，持续了近二十年，收集了大量关于土星及其274颗卫星的信息。被朦胧大气笼罩的土卫六，是除地球之外已知唯一表面存在液体的地方。在接近华氏零下297度的温度下，这种液体是甲烷，而非水。甲烷在土卫六上形成湖泊，甚至像雨一样从天而降。
随着土卫六沿着一个拉长的轨道绕土星运行，科学家们注意到，这颗卫星会根据其相对于行星的位置而拉伸和压缩。2008年，研究人员提出，这种明显的弯曲只有在土卫六地壳下存在大型海洋的情况下才会发生。
“形变的程度取决于土卫六的内部结构。一个深层海洋会允许地壳在土星引力作用下弯曲得更多，但如果土卫六完全冻结，它就不会变形那么多，”朱尔诺说。“我们在最初分析卡西尼号任务数据时检测到的形变，可能与全球性海洋兼容，但现在我们知道情况并非完全如此。”
微妙的时间滞后揭示了泥泞的内部
这项新研究增加了一个早期研究未充分考虑的重要因素：时间。土卫六形状的变化，大约滞后于土星引力最强拉力15小时。移动粘稠的厚物质比移动自由流动的液体需要更多能量，类似于搅拌蜂蜜比搅拌水更费力。通过测量这种延迟，科学家可以估算土卫六变形时吸收了多少能量，从而深入了解其内部必须有多厚或多粘稠。
结果发现，如果存在一个全球性的液态海洋，土卫六内部损失或耗散的能量将远远超出预期。
“没人预料到土卫六内部会有非常强的能量耗散。这正是表明土卫六内部与先前分析推断不同的确凿证据，”美国国家航空航天局喷气推进实验室博士后研究员、该研究的主要作者弗拉维奥·佩特里卡（Flavio Petricca）说。
基于这些发现，研究人员提出，土卫六内部主要由泥泞物质构成，其液态水量远少于之前的假设。这种泥泞物质足够厚，可以解释对土星引力的延迟响应，同时仍含有足够的水使土卫六能够改变形状。
无线电信号与极端物理学支持该模型
佩特里卡通过分析卡西尼号航天器在近距离飞越土卫六期间发射的无线电波频率得出了这些结论。朱尔诺则利用热力学帮助解释了结果。他的工作重点是水和矿物质在强压下的行为方式，这对于理解其他行星环境是否可能支持生命至关重要。
“土卫六上的水层非常厚，压力如此巨大，以至于水的物理性质发生了变化。水和冰的行为方式与地球上的海水不同，”朱尔诺说。
在他位于华盛顿大学的行星低温矿物物理实验室里，研究人员花费数年时间开发方法，以重现其他世界上的极端条件。利用这项工作，朱尔诺向佩特里卡及其同事提供了描述土卫六深处水和冰预期行为方式的数据。
“我们可以帮助他们确定，基于在华盛顿大学这里进行的实验，他们应该预期看到什么样的引力信号，”朱尔诺说。“这非常有意义。”
泥泞状态对土卫六生命意味着什么
“在土卫六上发现泥泞层，也对我们太阳系外寻找生命具有令人兴奋的意义，”琼斯说。“它扩展了我们可能认为宜居的环境范围。”
虽然广阔的海洋概念曾一度激发人们对土卫六上生命的乐观情绪，但研究人员表示，更新后的图景实际上可能提高这种可能性。他们的分析表明，土卫六的淡水囊温度可能高达华氏68度。在这些较小的水体中，营养物质会比在大海洋中更集中，这可能使简单的生命形式更容易生存。
尽管科学家们并不期望在土卫六泥泞的通道中发现游动的鱼类，但在那里发现的任何生命都可能类似于地球极地地区发现的生物。
朱尔诺也参与了美国国家航空航天局即将于2028年发射的蜻蜓号土卫六探测任务。这项研究的发现将有助于为该任务提供信息，朱尔诺希望未来的数据既能提供生命的证据，也能就土卫六冰下是否存在海洋给出明确答案。
共同作者包括来自美国国家航空航天局的史蒂文·D·万斯（Steven D. Vance）、马尔齐亚·帕里西（Marzia Parisi）、达斯汀·布奇诺（Dustin Buccino）、盖尔·卡肖利（Gael Cascioli）、朱莉·卡斯蒂略-罗格兹（Julie Castillo-Rogez）、马克·潘宁（Mark Panning）和乔纳森·I·卢宁（Jonathan I. Lunine）；西南研究院的布林娜·G·唐尼（Brynna G. Downey）；南特大学的弗朗西斯·尼莫（Francis Nimmo）和加布里埃尔·托比（Gabriel Tobie）；博洛尼亚大学的安德烈亚·马尼亚尼（Andrea Magnanini）；加州理工学院的阿米尔侯赛因·巴盖里（Amirhossein Bagheri）以及罗马大学的安东尼奥·杰诺瓦（Antonio Genova）。
这项研究由美国国家航空航天局、瑞士国家科学基金会和意大利航天局资助。
