一系列实验支持了詹姆斯·韦伯空间望远镜近期采集的光谱数据,该数据发现木卫二冰封表面持续变化的证据。木卫二表面冰层在不同区域的结晶速率存在差异,这可能表明影响其表面的外部作用与地质活动存在复杂混合机制。
水冰根据其结构可分为两大类。在地球上,当水分子在冻结过程中排列成六边形图案时,会形成晶体冰。但在木卫二表面,暴露的水冰持续受到带电粒子轰击,破坏了晶体结构,从而形成了所谓的非晶态冰。
SwRI行星科学部的项目主管劳特与人合著了一篇论文,概述其团队为理解木卫二冰封表面进行的广泛实验室实验成果。这些实验对确定木卫二冰层非晶化与再结晶的时间尺度至关重要,特别是在混沌地形区域——该区域的山脊、裂缝和平原等特征相互交错缠绕。结合詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)收集的新数据,劳特表示他们发现了越来越多证据,表明冰封表面下方存在液态海洋。
过去二十年间,科学家认为木卫二表面覆盖着极薄的非晶态冰层(约0.5毫米厚度),其下保护着晶体冰。这项新研究发现木卫二表面及某些深层区域(尤其是名为塔拉雷吉欧的区域)同样存在晶体冰。
论文第一作者、约翰霍普金斯大学应用物理实验室光谱学家理查德·卡特赖特博士表示:"我们认为该区域表面具有多孔性,且部分区域温度足够高,使冰能够快速再结晶。同时,在这个通常被称为混沌区域的区域,我们还观测到许多异常现象,包括氯化钠(即食盐)存在的最有力证据——很可能源自其内部海洋。我们还发现了木卫二上二氧化碳和过氧化氢的最强证据。此处的化学成分确实奇特且令人振奋。"
劳特指出:"数据强烈表明,我们观测到的物质必然源于内部,可能来自木卫二厚达20英里(30公里)冰壳下的次表层海洋。这个地表物质破裂的区域,可能指向将次表层物质从下方推升的地质过程。当我们在表面发现二氧化碳证据时,确信其必定源自地下海洋。木卫二冰壳下存在液态海洋的证据正不断累积,随着研究的深入,这愈发令人振奋。"
例如,该区域发现的二氧化碳包含原子质量为12(含6个质子和6个中子)的最常见碳类型,以及原子质量为13(含6个质子和7个中子)的较稀有重同位素。
卡特赖特表示:"13CO2从何而来?这难以解释,但所有线索都指向内部来源,这与塔拉雷吉欧地区检测到的12CO2起源的其他假说相一致。"