詹姆斯·韦伯太空望远镜发现天王星的卫星可能隐藏着海洋

天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现天王星的卫星爱丽儿拥有太阳系中一些二氧化碳含量最丰富的沉积物，这暗示着潜在的水海洋。

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天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 发现天王星的卫星爱丽儿 (Ariel) 可能隐藏在埋藏的液态水海洋中。 

这一发现可以为围绕这颗天王星卫星的一个谜团提供答案，这个谜团一直困扰着科学家：爱丽儿的表面覆盖着大量的二氧化碳冰。这是令人费解的，因为天王星及其卫星与太阳的距离是地球与太阳距离的 20 倍，二氧化碳会转化为气体并流失到太空中。这意味着必须通过某种过程来刷新爱丽儿表面的二氧化碳。

先前的理论认为，这种情况的发生是由于爱丽儿表面与天王星磁层中捕获的带电粒子之间相互作用的结果，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“放射分解”。

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

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由于化学元素和分子会吸收和发射特征波长的光，因此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 收集来自 Ariel 的光谱，这帮助他们绘制了天王星卫星的化学构成图。 

将其与地球实验室中化学混合物的模拟光谱进行比较，团队发现阿里尔拥有太阳系中一些二氧化碳最丰富的沉积物。这不仅使被潮汐锁定的爱丽儿永久背向天王星一侧的冰层额外增加了 10 毫米（0.4 英寸）的厚度，而且还首次揭示了明显的一氧化碳沉积物。

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 的团队负责人理查德·卡特赖特 (Richard Cartwright) 在一份声明中表示：“它不应该存在。一氧化碳必须降至 30 开尔文（零下 405 华氏度）才能稳定。” “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。

卡特赖特承认辐射分解可以解释部分补充。然而，航行者二号 1986 年飞越天王星及其卫星的观测结果以及其他最近的发现表明，辐射分解背后的相互作用可能是有限的，因为天王星的磁场轴和其卫星的轨道平面彼此偏移约 58 度。

这意味着爱丽儿表面上看到的大部分碳/氧化合物可能是由困在爱丽儿冰下的液态水海洋中的化学过程产生的。

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一旦在爱丽儿的渗水海洋中产生，这些碳氧化物就会通过天王星卫星冰壳的裂缝逸出，甚至可能被强大的喷发羽流爆炸性地喷出。

一段时间以来，科学家们一直怀疑爱丽儿表面的裂纹和疤痕可能表明存在活跃的低温火山，这些火山喷发的是冰雪泥浆而不是熔岩。这些羽流的威力可能如此之大，以至于它们会将物质发射到天王星的磁场中。

爱丽儿表面上看到的大部分裂缝和凹槽都位于月球背向天王星的一侧。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尾部发现得更丰富。

詹姆斯韦伯太空望远镜还发现了更多地下液态水海洋的化学证据。光谱分析暗示存在碳酸盐矿物，这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察、建模或某种技术组合来确认的事情。”

自近四十年前的航海家二号以来，天王星及其卫星就再也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进行专门任务。

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

“所有这些新见解都强调了天王星系统的吸引力，”团队成员、美国宇航局应用物理实验室科学家伊恩·科恩说。 “无论是解开太阳系形成的关键，更好地了解地球复杂的磁层，还是确定这些卫星是否是潜在的海洋世界，我们行星科学界的许多人都非常期待未来探索天王星的任务”。

该团队的研究成果于周三（7 月 24 日）发表在《天体物理学杂志快报》上。