冰冷的土卫二南极如何形成“虎纹”_风闻

原创：牧夫天文

翻译：汪荣鑫

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://astronomy.com/news/2019/12/how-the-icy-moon-enceladus-got-tiger-stripes-at-its-south-pole

土卫二南极地区的 “虎纹” ，被认为是冰壳裂缝

Credit: NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini Imaging Team

土卫二南极有着一系列平行且均匀分布的条纹。科学家认为，这些条纹是覆盖卫星地下海洋的冰壳中的长裂缝。但是天文学家仍然不确定这些裂缝是如何形成的，为什么它们如此均匀地分布，以及为什么其他冰冷的天体没有产生它们。 

现在，一个研究小组提出了一个解释，可以解答关于这一系列裂缝的所有主要问题。研究小组本周一在《自然》杂志上发表了他们的发现。

土卫二与土星环的合照，由卡西尼号在2015年10月28日掠过土卫二时拍摄 | Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

冰如何破裂

当卡西尼号（Cassini）到达土卫二南极附近时，科学家发现了这些条纹。研究人员将其称为“虎纹”。

卡内基科学研究所的行星科学家，也是这项新研究的作者道格拉斯·海明威（Douglas Hemingway）说：“自从发现以来，我们一直对此感兴趣，并且它已经成为每个人潜意识里一直想要探究的问题。这些东西到底是什么？它们为什么形成？”

过去，研究人员提出，随着外壳上积聚更多的冰，可能会形成长裂缝，从而使液态海洋处于更大的压力之下，并迫使壳破裂。土卫二的冰壳在其两极最薄，所以这里是破裂的合理场所。但这并不能解释如何形成与之平行的其他裂缝。 

土卫二表面有超过100个间歇泉，将水冰、有机分子和其他物质从南极区域射入太空 | Credit: NASA/JPL/SSI

条纹如何产生

海明威和他的团队以此研究为基础。他们认为，一旦形成第一个裂缝，冰壳就可能下垂，其重量使冰板弯曲。在弯曲力最大的地方，冰壳会再次破裂——这是由冰壳的特性（例如其刚度）决定的。

图中为土卫二海底热泉的示意图，科学家认为水会与岩石相互作用产生氢气，并通过冰壳喷入太空 | Credit: NASA/JPL-Caltech

当研究人员进行数值模拟时，他们发现这些裂纹之间的22英里的间距对于土卫二冰壳刚度而言非常合理。

研究小组还提出了一个解释，为什么其他冰冷的卫星，如土卫二、木卫三、木卫四和木卫六没有类似的条纹状裂缝。因为更多平行的“虎纹”的形成取决于两个主要因素：冰壳的厚度和星球上的重力。天文学家说，土卫二恰好具有这些因素的正确组合，因而产生了独特的条纹。

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2011年7月29日，卡西尼号宇宙飞船的窄角照相机拍摄了这张快照，它从土星环上方捕捉到了五颗土星的卫星。Credit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, NASA