天王星的两个卫星可能有活跃的地下海洋

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

天王星系统可能比我们想象的更有趣。

天王星及其五个最大的卫星米兰达、阿里尔、翁布里埃尔、泰坦尼亚和奥伯龙的插图。

一项新的研究发现，天王星的两个卫星可能有活跃的海洋，正在将物质泵入太空。

意识到天王星系统中发生的事情可能比以前认为的要多，这是通过发现美国宇航局旅行者2号航天器在大约四十年前经过天王星时收集的辐射数据中的奇怪特征。

关于卫星Ariel和Miranda的新发现也支持了天王星的五颗最大卫星可能有地下海洋的观点，这是旅行者2号飞越观测提出的观点。

1986年1月14日，美国宇航局旅行者2号探测器在飞越冰巨行星时拍摄的天王星图像。（图片来源：NASA/JPL-Caltech）

研究小组检查了航天器在1986年收集的辐射和磁数据，早在它离开太阳系之前。

旅行者2号（目前唯一访问过天王星的航天器）的最新观测结果显示，这颗冰巨行星的27颗已知卫星中有一颗或两颗正在向天王星系统添加等离子体粒子。这种探测以航天器在离开冰巨行星时发现的“被困”高能粒子的形式出现。

米兰达和/或爱丽儿可能这样做的机制目前尚不清楚，但有一个非常诱人的可能原因：一个或两个冰冷的卫星可能在它们的冰冻表面下拥有液态海洋，正在积极地将物质羽流喷射到太空中。

类似的粒子释放卫星存在于天王星的太阳系冰巨星海王星和气态巨行星木星和土星周围。就木星卫星欧罗巴和土星的土卫二而言，对粒子和磁场数据的检查提供了这些是海洋卫星的第一个暗示。

“高能粒子测量是发现海洋世界的先驱，这种情况并不少见，”该研究的主要作者，马里兰州劳雷尔约翰霍普金斯应用物理实验室（APL）的空间科学家伊恩科恩在一份声明中说。

“我们已经提出了几年的案例，高能粒子和电磁场测量不仅对于理解空间环境很重要，而且对于为更宏伟的行星科学研究做出贡献也很重要，”科恩补充道。“事实证明，对于比我更老的数据来说，情况甚至可能如此。它只是表明，进入一个系统并直接探索它是多么有价值。

这些发现只会加强行星科学家将航天器送回天王星和海王星以收集更多数据的愿望，这导致建议将42亿美元的旗舰任务送往天王星作为NASA的下一个主要行星任务。

这项任务要到20世纪30年代初才能准备好发射，因此与此同时，研究人员一直在深入研究旅行者2号飞越期间收集的旧数据，以做出新的发现。

科恩和团队检查的数据是由旅行者2号上APL建造的低能带电粒子（LECP）仪器收集的，该仪器表征了被捕获粒子的数量。

“有趣的是，这些粒子非常局限于天王星的磁赤道附近，”科恩说。他解释说，这很奇怪，因为系统内的磁波通常会导致粒子扩散，但这些粒子在行星赤道附近，在爱丽儿和米兰达之间挤在一起。

该团队必须消除旅行者2号探测到的拥挤粒子可能是航天器飞过天王星磁层尾部偶然等离子体流的结果。他们确定，如果是这种情况，该特征将具有比旅行者2号发现的更广泛的粒子扩散，从而使他们能够排除这一点作为对不寻常数据特征的解释。

科恩和团队随后开始探索简单的物理模型，利用自37年前旅行者2号飞越天王星以来开发和获得的海洋卫星知识，重建航天器收集的数据。这向他们表明，该特征可能仅来自强大而一致的粒子源，并具有特定的机制来激励它们。

他们排除了其他可能的解释，得出的理论是，被困的粒子至少来自天王星的一个卫星，爱丽儿和/或米兰达是主要的嫌疑人。研究小组认为，这些颗粒是以类似于土卫二喷发的蒸汽羽流的形式喷射出来的。另一种可能的喷射机制是“溅射”，即高能粒子与表面碰撞的过程，触发其他粒子喷射到太空中。

“现在，无论是其中之一还是另一个，它都是大约50-50，”科恩说，指的是羽流和溅射假设。

无论哪种喷射机制在天王星系统中起作用，赋予这些粒子能量的机制几乎是相同的。

这种能量机制可能是从卫星流入太空的粒子源源不断，产生电磁波。然后，这些波将这些粒子的一小部分加速到足以被LCEP仪器检测到的能量。这个过程也会使粒子被困住，从而被紧紧地束缚，就像旅行者2号看到的那样。

在科学家最终确定这些粒子来自Ariel和/或Miranda的地下海洋之前，需要从天王星周围地区收集更多的数据。

“这些数据与那里有一个活跃的海洋卫星的非常令人兴奋的潜力一致，”科恩总结道。“我们总是可以做更全面的建模，但在我们有新数据之前，结论总是有限的。

该团队的结果于3月16日在第54届年度月球和行星科学会议上发表，并已被接受发表在《地球物理研究快报》杂志上。

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原标题：《『天王星的两个卫星可能有活跃的地下海洋》

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