天文太空

土衛二的神秘噴泉

土衛二上皺摺起伏的地表與不斷新增的噴氣口,在在暗示了那裡是個蘊藏著地下水的神秘世界。

撰文/波可(Carolyn Porco)
翻譯/甘錫安

天文太空

土衛二的神秘噴泉

土衛二上皺摺起伏的地表與不斷新增的噴氣口,在在暗示了那裡是個蘊藏著地下水的神秘世界。

撰文/波可(Carolyn Porco)
翻譯/甘錫安

重點提要
■在土星的衛星土衛二上,由粉狀的雪和水氣構成、富含有機物的噴流,正不斷由溫暖的「虎斑條紋」裂縫噴出。這個直徑僅略大於500公里的星體,為何會有如此劇烈的活動?
■答案可能是地下有液體,甚至有海洋,提高了潮汐效應的加熱效果。最近數次近距離探測飛行的結果,也支持這個理論。
■土衛二上如果存有液態水,則它將繼火星和木衛二之後,成為我們在太陽系中尋找外星生命的主要地點。

超過25年前,航海家2號飛越土星系時,距離土衛二(Enceladus)不到九萬公里,在那幾個小時內,太空船的攝影機傳回了數張困擾科學家多年的影像。在土星的衛星中,土衛二可算是相當奇特的一員;結滿冰的地表又白又明亮,就像剛下過雪一樣,而且它不像其他沒有空氣的衛星表面滿佈隕石坑,而是廣闊平坦、完全沒有隕石坑的平原,顯示以往內部曾經發生地質活動。土衛二直徑僅略超過500公里,體積太小,無法自己產生很多的熱,因此這個天體顯然曾經發生某些不尋常的作用,才能將表面的隕石撞擊痕跡抹除得如此徹底。

航海家2號和土衛二的短暫交會只是驚鴻一瞥,事後看來,它拍下的土衛二影像非常不理想。首先是幾張中解析度的北半球影像,接著是幾張低解析度的南半球影像,而且沒有拍到南極,我們很可能遺漏了什麼而不自知。

航海家那次造訪所引發的關注,使得詳細觀察土衛二成為卡西尼號最土星任務的主要目標(見2007年4月號〈卡西尼變奏曲〉)。卡西尼號於1997年發射,攜帶著最先進的儀器在太空中穿梭了漫長的七年時光後,進入外太陽系,並於2004年夏季終於到達目的地(見2004年7月號〈土星,我來了!〉),當年12月,它在土星最大的衛星土衛六拋下探測器,接著前往土星系統的其他地方,特別是土衛二。近幾個月來,卡西尼號太空船對土衛二進行了前所未有的仔細觀察。

卡西尼號可說是在這個地表滿佈裂縫的小世界中,發掘了行星探測人員的夢想。這個深藏在太陽系最壯觀行星系統中的小衛星,現在具有極大的重要性,它不僅擁有的熱足以促成改變地表樣貌的地質活動,還具備有機化合物,甚至可能擁有地下水道或液態水形成的海洋。能量、有機物和水正是我們所知生命形成的三項要素,在探測這個遙遠陌生地域的過程中,我們實際接觸到了可能適合生物生存的環境,這真是天大的好消息。

南極的那道光

重大發現即將現身的第一個提示,早在卡西尼號第一次接近土衛二時就已顯露端倪,但當時並未獲得一致認同。2005年1月,攝影機拍下了首批太陽在土衛二背後的照片,行星天文學家將這種觀測方式稱為「高太陽相位」,就如我們開車正對太陽行駛時,附著在擋風玻璃上的灰塵會特別顯眼一樣,我們面向太陽觀察時,太陽系各處極小的微粒也會格外明顯。在整個航海家任務中,這種觀測方式讓我們得以清楚觀察外行星和衛星不易看清的環與大氣,在研究土衛二時更成為重要關鍵。

在1月的影像中,有一道亮光從土衛二南極邊緣發出,我們航海家任務的資深人員立刻就聯想到木星的火山衛星——木衛一上的火山煙塵,以及海王星的衛星海衛一大氣中的雲霧。影像小組中有些成員認為這道亮光是有物質從土衛二南極噴發出來的確實證據,有些成員則提醒我們,這種狀況可能是正對太陽拍攝時經常造成困擾的鏡頭虛像。

我當時也不確定。但可惜我們當時正忙於規劃未來的觀測活動及撰寫論文,無暇分心去進行有可能解決這個問題的詳細分析,由於沒有時間驗證,我決定不公開透露任何訊息。我很清楚如果宣稱在大家認為地質活動已經停止的衛星上發現煙塵,最後卻必須承認只是畫面上的幻影,會是多麼難堪的一件事。還好,我們等待的時間並沒有太長。

2005年2月和3月,卡西尼號兩次近距離飛過土衛二赤道上空,傳回引人注目的結果。航海家太空船看到的平原其實一點也不平坦,而是間隔不到一公里的密集碎裂區域,整個區域縱橫交錯著各個年代的裂縫和溝槽,有些是筆直的,有些則是彎曲的;其他有些地方的地表則分佈著深達半公里的裂口。把範圍放大一點來看,大致平行的窄裂縫將表面劃分成一塊一塊。土衛二顯然曾經歷多次地殼構造活動,而且有殘留的痕跡可以證明。

2月這次的探測飛行拍下了另一張高太陽相位的影像,圖中有一道比先前更大、更明顯的亮光。不僅如此,磁力計也顯示土星旋轉帶著磁力線通過土衛二時,磁力線有扭曲現象,這表示磁力線接觸到重離子,這些離子顯然來自土衛二的南極。證據越來越多,我們看到的虛像開始變得越來越像真實的東西。

卡西尼號科學家將這個狀況送交計畫主持人,希望能看清楚一點,具體來說,就是將2005年7月的探測飛行高度由1000公里降低到168公里。計畫主持人同意了,因此2005年7月14日,卡西尼號飛到土衛二下方,位於南半球中緯度上空,讓我們第一次清楚看見土衛二的南極,這裡的地貌和太陽系的其他地方一樣令人訝異,地質也相當特別。

土衛二南極附近區域大致成圓形,完全沒有隕石坑,表面有幾條很深的平行裂縫,我們稱之為「虎斑條紋」。這些裂縫的間距幾乎相同,長度為130公里,末端成鉤形彎曲,條紋之間比有細小溝槽的區域更明亮。整個區域在南緯55度左右有一道曲折連續的極地邊界,由呈同心圓分佈的山峰與河谷構成,這條邊界大致每45度經度就會被狹長的裂縫切開,這些裂縫則延伸到沒有隕石坑的赤道附近。

山峰和山谷的結構及位置讓影像小組助理、任職於美國康乃爾大學的赫爾芬斯坦(Paul Helfenstein)想到,這個邊界是在土衛二地表受到水平壓縮時沿南北走向產生的皺摺,類似喜馬拉雅山那樣的聚合型板塊構造邊界。整個被包圍的區域相當於土衛二上的大西洋中洋脊,新的表面在這個擴散中心形成,再向外擴展出去。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2009年第83期1月號】