http://phys.org/news/2014-04-gravity-subsurface-ocean-enceladus.html
By Kimm Fesenmaier 2014.04.03
在 2005 年，NASA 的 Cassini 太空船將一張描繪從冰封的土星衛星裂縫處噴出水蒸氣的照片傳送回地球，被稱為其冰凍表面上的「虎斑（tiger stripes）」。這麼小的一顆 Enceladus（土衛二）-- 直徑只有 500 公里 -- 確有如此活躍之處，真是一條大新聞。自此之後，科學家提出假說，在其冰封表面之的大型水庫，很可能是蒸氣柱（plume）的後援。現在，利用 Cassini 收集的重力測量資料，科學家確認，Enceladus 南極附近的表面之下（就在「虎斑」之下）確藏有一個大型海洋。
"這是頭一遭，我們使用地球物理學的方法來測定 Enceladus 的內部結構，而資料指出，南極表面下方 50 公里處，確實有一個大型的（可能是區域性的）海洋，" David Stevenson 表示，Caltech 的 Marvin L. Goldberger 行星科學教授，同時也是研究行星天體內部的專家。"這接著提供一個可能的故事來解釋，為何水會從我們在南極所見到的這些裂隙中噴出。"
Stevenson 是一篇在當期 Science 期刊中描述此發現的論文的作者之一。羅馬大學（Sapienza University of Rome）的 Luciano Iess 是本論文的第一作者。
在 Enceladus 的三次低空飛越（flybys，日期介於 2010 年 4 月到 2012 年 5 月）中，科學家利用 NASA 的 Deep Space Network 追蹤 Cassini 太空船的微波載波訊號（microwave carrier signal），藉此蒐集 Cassini 軌道的超精確測量。行星天體，例如： Enceladus 的重力拖曳（gravitational tug）曾非常輕微地改變了太空船的飛行路線。藉由測量此效應在 Cassini 通過 Enceladus 時所造成的訊號頻率偏差（deflections），科學家能夠得知這個「月亮」的引力場。這接著揭露關於這顆衛星內質量分佈的細節。
"這真的是從遙測中得知內部結構的唯一方法，" Stevenson 說。事實上，更精確的測量需要將地震儀置於 Enceladus 的表面上 -- 這件事無疑不會馬上就發生。
在重力資料中的關鍵特徵是 Enceladus 南極所謂的負質量異常（negative mass anomaly）。簡單的說，當某一特定地點的質量比均勻球體例子中所預期的要少時，就會存在異常。由於 Enceladus 的南極表面已知有一個沉陷（depression）處，所以科學家預期會找到負質量異常。不過，這個異常比單「沉陷」所預測的要來的小。
"所以，你說：「啊哈！這因為位於深處而獲得補償」，" Stevenson 說。
這樣的質量補償作用（compensation） 常在行星天體上發現，包括地球。在某些例子中，表面缺乏的物質由位於深處、更稠密的物質所補償。在其他例子中，在表面出現的額外物質則因較不稠密的物質出現在深處而獲得補償。事實上，第一次在印度進行重力測量時，人們因聖母峰看起來似乎沒有產生更多效應而感到震驚。今天我們明白，如同地球上絕大多數山峰，聖母峰是由低密度的山根（root）所補償，那延展到地底好幾十公里。換言之，突出於表面之上的物質是由深處密度的減少所補償。
在 Enceladus 的例子中，情況剛好相反。表面缺乏的物質是在深處由密度比冰更稠密的物質所補償。"唯一有意義的物質候選者是水，" Stevenson 說。"所以，如果我在南極發現這種重力沉陷，而且我下方 50 公里處，有一層水或是海洋，那麼這層在深處的水是正質量異常。" 總而言之就是，這二種異常說明了我們的測量。
雖然沒人敢打包票表面下的海洋供應水份，然後在 Enceladus 表面以「虎斑」的形態被看見，不過科學家說那是有可能的。可議之處在於：裂隙 -- 透過某種尚未完全理解的方式 -- 向下連結到這個衛星的某一部份。當這顆衛星依循著其偏心軌道（eccentric orbit）前進時，導致整顆衛星的反覆收縮（repeated flexing）進而導致那部份被潮汐加熱（tidally heated）。"想必，這種潮汐加熱也補充了這個海洋，" Stevenson 說，"所以有可能是某些水分透過「虎斑」抵達了表面。"
※ 相關報導：
＊ The Gravity Field and Interior Structure of Enceladus
http://www.sciencemag.org/content/344/6179/78
L. Iess, D. J. Stevenson, M. Parisi,＊ 理論解釋Enceladus 的藍色噴流與水
D. Hemingway, R. A. Jacobson, J. I. Lunine, F. Nimmo,
J. W. Armstrong, S. W. Asmar, M. Ducci, P. Tortora
Science 4 April 2014: Vol. 344 no. 6179 pp. 78-80
DOI: 10.1126/science.1250551
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