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積雪厚達(dá)700米!太陽(yáng)系中最深的積雪,并不在地球上

 魅力科學(xué)君 2023-01-19 發(fā)布于四川

在下雪的季節(jié),如果環(huán)境溫度足夠低、降雪量足夠大,雪花降落到地球表面后就會(huì)堆積起來,進(jìn)而形成積雪。在我們地球上,很多區(qū)域都會(huì)出現(xiàn)積雪,根據(jù)環(huán)境溫度以及降雪量的不同,不同區(qū)域中的積雪深度也會(huì)不一樣,其中最深的積雪,厚度可以達(dá)到幾十米。

然而太陽(yáng)系中最深的積雪,其實(shí)并不在地球上,因?yàn)樵谔?yáng)系中的另一顆星球上,其表面的積雪可以厚達(dá)700米,與之相比,即使是地球上最深的積雪,也差得很遠(yuǎn),這顆星球就是土星眾多天然衛(wèi)星中的一員——土衛(wèi)二(Enceladus)。

土衛(wèi)二的平均直徑只有505公里,這大概相當(dāng)于月球的7分之1,雖然這顆星球并不大,但早在1789年,天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了它,之所以會(huì)這樣,有一個(gè)重要的原因就是,這顆星球的亮度很高。

實(shí)際上,土衛(wèi)二是已知太陽(yáng)系中最亮的天然衛(wèi)星,其反照率高達(dá)81%,所以自從發(fā)現(xiàn)這顆星球之后,天文學(xué)家就推測(cè)土衛(wèi)二的表面覆蓋著厚厚的冰雪。

迄今為止,已經(jīng)有兩個(gè)探測(cè)器對(duì)土衛(wèi)二進(jìn)行了近距離探測(cè),它們傳回的數(shù)據(jù)表明,這種推測(cè)沒有錯(cuò),土衛(wèi)二表面確實(shí)存在著冰雪層。這兩個(gè)探測(cè)器分別是“旅行者2號(hào)”和“卡西尼號(hào)”,前者只是從“匆匆路過”,后者則專門用于探測(cè)土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)。

“卡西尼號(hào)”于2004年抵達(dá)土星系統(tǒng)并展開探測(cè)工作,13年之后,其能源已經(jīng)所剩無幾,為了避免它因?yàn)槭Э囟鴫嫐г诳赡艽嬖谏耐列切l(wèi)星上,“卡西尼號(hào)”于2017年在受控狀態(tài)下墜入了土星。

“卡西尼號(hào)”為我們傳回了大量寶貴的探測(cè)數(shù)據(jù),正是有了這些數(shù)據(jù)作為重要參考,科學(xué)家才估算出土衛(wèi)二表面的積雪可以厚達(dá)700米。那土衛(wèi)二為什么會(huì)有如此之厚的積雪呢?我們接著看。

土衛(wèi)二運(yùn)行在土星環(huán)的外側(cè)邊緣,大約每33小時(shí)圍繞土星公轉(zhuǎn)一圈,它與更外側(cè)的土衛(wèi)四(Dione)形成了一個(gè)2比1的軌道共振,也就是說,土衛(wèi)二每圍繞土星公轉(zhuǎn)兩圈,土衛(wèi)四就剛好圍繞土星公轉(zhuǎn)一圈。

土衛(wèi)四的平均直徑大約為1118公里,比土衛(wèi)二要大得大,其引力會(huì)對(duì)土衛(wèi)二產(chǎn)生明顯的影響,在此基礎(chǔ)上,再加上土衛(wèi)二的運(yùn)行軌道并不是一個(gè)正圓,所以土衛(wèi)二就會(huì)出現(xiàn)明顯的“潮汐變形”,簡(jiǎn)單來講就是,在它的運(yùn)行過程中,其形狀會(huì)發(fā)生周期性的變化。

另一方面來講,土衛(wèi)二是一顆富含水的星球,其上層物質(zhì)基本上都是水,由于距離太陽(yáng)很遠(yuǎn),土衛(wèi)二表面溫度非常低,大概只有零下200℃,所以土衛(wèi)二表面的水就凍結(jié)起來,進(jìn)而形成了一個(gè)厚厚的冰層。

不過土衛(wèi)二上的水并不產(chǎn)全部都被凍結(jié)成冰,這是因?yàn)椤俺毕冃巍睍?huì)導(dǎo)致其內(nèi)部的物質(zhì)因?yàn)槟Σ炼a(chǎn)生大量的熱量,根據(jù)科學(xué)家的估算,在土衛(wèi)二地下30至40公里處,其內(nèi)部的熱量就可以讓水以液態(tài)的形式存在,而隨著深度的增加,水的溫度也會(huì)逐漸提高。

“潮汐變形”除了能讓土衛(wèi)二內(nèi)部產(chǎn)生熱量之外,還會(huì)給土衛(wèi)二的冰層不斷施加“壓力”,當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí),冰層就會(huì)被撕裂,進(jìn)而產(chǎn)生巨大的裂縫,而這樣的裂縫一旦產(chǎn)生,土衛(wèi)二內(nèi)部的液態(tài)水就洶涌而出。

要知道在土衛(wèi)二的內(nèi)部,這些液態(tài)水都是處于高溫高壓的環(huán)境中,所以在此過程中,這些液態(tài)水中的絕大部分就會(huì)因?yàn)閴毫Φ玫结尫哦苯幼兂蓺怏w,并發(fā)生猛烈地噴發(fā)。

在此之后,噴流中的水很快就會(huì)在低溫環(huán)境中凝結(jié)成冰晶,根據(jù)初始速度的不同,它們中的一部分會(huì)脫離土衛(wèi)二,并最終落入土星環(huán)之中,而另一部分則會(huì)形成雪花,并在土衛(wèi)二引力的作用下重新回到星球表面。

由于土衛(wèi)二的表面重力并不高,并且其溫度也極低,因此這些雪花就會(huì)大量地堆積,進(jìn)而形成蓬松的積雪層,而隨著上述過程的反復(fù)上演,土衛(wèi)二上的積雪當(dāng)然也就越來越厚了。那么,“積雪厚達(dá)700米”是怎么來的呢?

正如前文所言,在“潮汐變形”的影響下,土衛(wèi)二的冰層會(huì)出現(xiàn)裂縫,這些裂縫其實(shí)就給我們展示出了土衛(wèi)二的一部分冰層和積雪層的“橫截面”。

實(shí)際上,“卡西尼號(hào)”早已傳回了與這些裂縫相關(guān)的數(shù)據(jù),通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,再加上相關(guān)理論的推演,科學(xué)家就可以估算出土衛(wèi)二上積雪有多深。

值得一提的是,地球上不同區(qū)域中的積雪深度是不一樣的,土衛(wèi)二上的情況也同樣如此,根據(jù)科學(xué)家的估算,土衛(wèi)二上的積雪平均深度約為250米,最深處可達(dá)700米。

總而言之,太陽(yáng)系中最深的積雪,并不在地球上。當(dāng)然了,我們也不能確定土衛(wèi)二上的積雪就是太陽(yáng)系中最深的,畢竟在太陽(yáng)系中還有不少與土衛(wèi)二類似的星球,而我們對(duì)這些星球的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。


好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關(guān)注我們,我們下次再見。

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