詹姆斯·韦伯太空望远镜发现，天王星的卫星可能有一个隐藏的海洋

一幅插图显示了卫星Ariel围绕冰巨星天王星运行。（图片来源：uux.cn/Robert Lea（与Canva共同创作）/NASA）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Robert Lea）：天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现，天王星的卫星Ariel可能隐藏在埋藏的液态水海洋中。

这一发现可能为围绕这颗天王星卫星的一个谜提供答案，这个谜一直困扰着科学家：阿里尔的表面覆盖着大量的二氧化碳冰。这令人费解，因为天王星及其卫星距离太阳的距离是地球的20倍，二氧化碳会转化为气体并消失在太空中。这意味着一些过程必须刷新Ariel表面的二氧化碳。

之前的理论表明，这是由于Ariel表面和天王星磁层中捕获的带电粒子之间的相互作用造成的，这些带电粒子提供电离辐射，分解分子并留下二氧化碳，这一过程称为“辐解”。

然而，JWST的新证据表明，这种二氧化碳的来源可能不是来自Ariel的外部，而是来自其内部，可能来自埋藏的地下海洋。

2023年詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的天王星及其环。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、STScI）

因为化学元素和分子吸收和发射特征波长的光，它们会在光谱上留下单独的“指纹”。这一发现背后的团队使用JWST收集了Ariel的光谱，这有助于他们描绘出天王星卫星的化学组成。

将其与地球实验室中化学混合物的模拟光谱进行比较，团队发现Ariel拥有太阳系中一些最富二氧化碳的沉积物。这不仅为永久远离天王星的潮汐锁定的Ariel一侧的冰层增加了10毫米（0.4英寸）的厚度，而且还首次发现了明显的一氧化碳沉积。

约翰斯·霍普金斯应用物理实验室（APL）的团队负责人理查德·卡特赖特在一份声明中表示：“它不应该存在。在一氧化碳稳定之前，你必须降至30开尔文（零下405华氏度）。”。“毫无疑问，必须积极补充一氧化碳。”

这是因为Ariel的表面温度平均比这个关键温度高65华氏度（18摄氏度）左右。

Cartwright承认，辐解可能是这种补给的一部分。然而，旅行者2号1986年飞越天王星及其卫星的观测结果和其他最新发现表明，辐解背后的相互作用可能是有限的，因为天王星的磁场轴和卫星的轨道平面相互偏移了约58度。

这意味着，在Ariel表面看到的大多数碳/氧化合物可能是由Ariel冰层下的液态水海洋中的化学过程产生的。

冷静的Ariel可能脾气暴躁

一旦在Ariel的渗水海中形成，这些碳氧化物就可以通过天王星卫星冰壳的裂缝逃逸，甚至可能被强大的喷发羽流爆炸性地喷出。

旅行者2号于1986年拍摄的天王星卫星阿里尔的最详细照片。（图片来源：uux.cn/NASA/JPL加州理工学院）

一段时间以来，科学家们一直怀疑Ariel的裂缝和疤痕表面可能表明存在活的低温火山，这些火山喷发的是冰泥而不是熔岩。这些羽流可能非常强大，以至于将物质发射到天王星的磁场中。

Ariel表面的大部分裂缝和凹槽都位于月球背对天王星的一侧。如果二氧化碳和一氧化碳从这些特征泄漏到天王星卫星的表面，这可以解释为什么这些化合物在冰体的后侧发现得更丰富。

JWST还发现了更多地下液态水海洋的化学证据。光谱分析暗示了碳酸盐矿物的存在，碳酸盐是岩石与液态水相遇并相互作用时产生的盐。

卡特赖特解释说：“如果我们对碳酸盐特征的解释是正确的，那么这是一个相当大的结果，因为这意味着它必须在内部形成。”。“这是我们绝对需要通过未来的观测、建模或技术组合来证实的。”

自近四十年前旅行者2号以来，天王星及其卫星还没有被航天器访问过，这甚至不是航天器的主要任务。2023年，行星科学和天体生物学十年调查强调，需要优先考虑对天王星系统的专门任务。

卡特赖特认为，这样的任务将为收集有关天王星和海王星的宝贵信息提供机会，海王星是太阳系的另一个冰巨星。这样的任务还可以提供有关这些系统的其他潜在海洋卫星的重要数据。然后，这些信息可以应用于太阳系外的太阳系外行星或“系外行星”。

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