研究发现洋流可能影响木星卫星欧罗巴冰壳的旋转

2022年9月29日，美国国家航空航天局(NASA)的朱诺飞船(Juno)上的朱诺相机(JunoCam)在近距离飞越木星时拍摄了木星的冰卫星欧罗巴。该机构的欧罗巴快船将在2030年到达木星轨道时探索月球。Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

（神秘的地球uux.cn）据美国宇航局：研究揭示了木星卫星欧罗巴的冰壳如何以不同于其内部的速度旋转的新解释。美国宇航局的欧罗巴快船将近距离观察。

美国宇航局的科学家有强有力的证据表明，木星的卫星欧罗巴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前进，随着时间的推移，可能会加快或减慢月球冰壳的旋转。

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对其冰壳的旋转有所贡献。

这项研究的一个关键因素涉及计算阻力——月球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塌陷，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(Hamish Hay)说，他是发表在《JGR:行星》上的这项研究的第一作者。Hay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。”

甚至有可能，使用美国宇航局即将到来的欧罗巴快船任务收集的测量数据，精确地确定冰壳旋转的速度。当科学家将木卫二快船收集的图像与美国宇航局的伽利略和旅行者任务过去捕捉的图像进行比较时，他们将能够检查冰表面特征的位置，并可能确定月球冰壳的位置是否随时间发生了变化。

几十年来，行星科学家一直在争论木卫二的冰壳是否比内部深处旋转得更快。但是，科学家们没有把它与海洋的运动联系起来，而是把注意力集中在一个外力上:木星。他们推测，当气态巨行星的引力吸引木卫二时，它也牵引着卫星的外壳，使其旋转得稍微快一些。

“对我来说，完全出乎意料的是，海洋环流中发生的事情足以影响冰壳。“这是一个巨大的惊喜，”合著者、欧罗巴快船项目科学家、JPL的Robert Pappalardo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，‘也许是海洋在这么做。’"

欧罗巴快船目前在JPL处于组装、测试和发射操作阶段，将于2024年发射。该航天器将于2030年开始绕木星飞行，并将在飞越月球约50次时，使用其一套复杂的仪器收集科学数据。这项任务的目的是确定欧罗巴内部海洋深处是否有适合生命生存的条件。

利用研究地球海洋的技术，论文作者依靠美国宇航局的超级计算机制作了欧罗巴海洋的大比例模型。他们探索了水如何循环的复杂性，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的。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，但月球作为一个整体的旋转导致流动的水转向更水平的方向——东西向和东西向流动。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。内部热量——因此，海洋中的循环模式——可能会随着时间的推移而改变，可能会加快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。"

欧罗巴快船的主要科学目标是确定在木星的冰卫星欧罗巴表面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及其下的海洋的性质，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有助于科学家更好地了解我们星球以外可居住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，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，为美国宇航局的科学任务理事会领导了木卫二快船任务的开发。APL与JPL和位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心合作设计了飞船的主体。位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天飞行中心的行星任务计划办公室执行欧罗巴快船任务的计划管理。