小卫星米兰达：天文学家在天王星附近发现的一个寒冷潮湿的东西

太阳系的数百颗卫星就像拼图碎片。总之，它们共同描绘了所有可以创造和改变它们的力量，以及塑造我们太阳系的力量。其中之一就是米兰达（Miranda），它是已知的28颗围绕冰巨星天王星运行的卫星之一。米兰达是它最小的主要卫星，直径为471公里。

新的研究表明，这颗相对较小的遥远卫星可能隐藏着一些东西：地下海洋。

米兰达从其他卫星中脱颖而出的一个原因是：它的表面是由混乱的地形组成的奇怪拼凑。这里有坑坑洼洼的地方，粗糙的峭壁和沟槽。它可能拥有太阳系中最高的悬崖，一个20公里的悬崖，名叫维罗纳鲁普斯（Verona Rupes）。许多研究人员认为，它的表面是由于天王星与其他一些卫星的引力相互作用产生的潮汐加热而变形的。

《行星杂志》上的一项新研究试图解释米兰达混乱的地质结构。它的标题是“从地表地质结构和应力建模来限制米兰达岛的海洋和冰壳厚度”。该研究的主要作者是北达科他州大学的研究生卡莱布·斯特罗姆（Caleb Strom）。

“在像米兰达这样的小天体中找到海洋存在的证据是非常令人惊讶的，”

汤姆·诺德海姆（Tom Nordheim）是约翰·霍普金斯应用物理实验室的合著者和行星科学家

关于米兰达，科学家们没有太多的研究。唯一拍摄到它的航天器是1986年的旅行者2号。即便如此，这次飞越也很短暂，而且飞船只拍摄了月球的南半球。但这足以揭示月球奇特而复杂的地质表面特征。米兰达奇怪的表面日冕吸引了很多人的注意。

当第一次收到这些图像时，科学家们对米兰达的复杂性感到困惑。有人把它称为“拼凑的星球”，关于是什么创造了它，也有很多有益的猜测。了解这颗卫星的尝试仍然受到旅行者2号提供的数据量的限制。然而，现代科学家拥有比80年代科学家更强大的工具：计算机模型和模拟。

斯特罗姆和他的合作研究人员使用计算机模型从米兰达目前的表面往回推算。他们首先绘制了米兰达的表面特征，包括裂缝、山脊和独特的梯形日冕，然后对其进行了逆向工程。他们测试了卫星内部的不同模型，看看是什么导致了卫星表面的变化。

与表面最匹配的模型是大约1亿至5亿年前米兰达在其表面下有一片广阔的海洋。冰壳的厚度可能为30公里或更小，海洋的厚度可能高达100公里。

作者在他们的研究中解释说：“我们的结果表明，薄地壳（30公里）最有可能产生足够的应力，导致米兰达表面冰的脆性破坏。我们的研究结果还表明，在过去的1亿至5亿年里，米兰达上可能存在一个100公里厚的海洋。”

“在像米兰达这样的小物体内部发现海洋的证据是令人难以置信的惊讶，”马里兰州劳雷尔约翰霍普金斯应用物理实验室（APL）的行星科学家汤姆·诺德海姆（Tom Nordheim）说，他是该研究的合著者，也是资助该研究的项目的首席研究员。“这有助于建立一个故事，即天王星上的一些卫星可能真的很有趣 —— 在我们太阳系中最遥远的行星之一周围可能有几个海洋世界，这既令人兴奋又奇怪。”

潮汐加热是造成这一现象的原因，它来自于米兰达和天王星其他卫星之间的引力关系。卫星相互牵引力，当它们处于轨道共振时，每个卫星围绕一颗行星的周期是其他卫星周期的精确整数，这种牵引力就会被放大。这些力量可以周期性地使卫星变形，当它们被挤压时，它们会升温，使地下海洋保持温暖和液态。

米兰达和天王星的其他卫星在过去很可能发生共振，这可能会造成表面裂缝和相关地形。

然而，共振不会永远持续下去，研究人员认为，一段时间以前，米兰达离开了轨道共振，它的内部开始冷却。他们认为它还没有完全冷却，因为如果海洋完全冻结，它就会膨胀，并显示出地表裂缝。因此，内部海洋可能仍然存在，但可能比过去薄得多。斯特罗姆说：“但在太阳系最遥远的卫星之一中存在海洋的建议是值得注意的。”

没有人预测到米兰达会有海洋。据科学家所知，那是一个冰冻的球。但他们之前对这颗卫星的看法是错误的。

研究人员过去认为，土星的卫星土卫二（Enceladus）只是一个冰球，它是太阳系中反射性最强的物体。毕竟，它的表面是光滑的，显然是冰冻的固体。然而，卡西尼号的任务告诉我们，它可能并没有完全冻结。有大量证据表明，土卫二的冰层下有温暖的海洋。

“很少有科学家认为土卫二的地质活动是活跃的，”合著者亚历克斯·帕特霍夫说。“然而，就在我们说话的时候，它正在从南半球喷出水蒸气和冰。”

由于土卫二和米兰达的大小大致相同，可能有相似的冰壳，这增加了米兰达也有海洋的可能性。其他卫星，如土星的木卫二，也可能是冰冷的海洋卫星。现在，科学家们认为这些卫星及其温暖的海洋是在太阳系中寻找生命的最佳目标。

最近的其他研究表明，米兰达可能比我们想象的更像土卫二。2023年的一项研究表明，米兰达可能会像土卫二一样向太空释放物质。欧洲航天局和美国宇航局都在向木星发射探测器，研究木卫二和其他潜在的海洋卫星。我们应该把搜索范围扩大到遥远的天王星和它的小卫星米兰达吗？

“在我们回去收集更多数据之前，我们甚至不能确定它是否有海洋，”研究报告的合著者诺德海姆说。“我们正在从旅行者2号的图像中榨取最后一点科学知识。目前，我们对这种可能性感到兴奋，并渴望返回深入研究天王星及其潜在的海洋卫星。”

目前，我们只有几十年前的旅行者2号数据。然而，该团队使用的数据和计算机模型为米兰达提供了新的视角。

“我们对潮汐应力模型结果的解释表明，在米兰达地质历史的某个时刻，它经历了一次强烈的加热事件，导致地壳薄。如此薄的地壳也会产生一个约100公里厚的海洋，以解释水圈的熔融部分。这种薄的冰壳和厚的海洋可能会导致强烈的潮汐应力，导致米兰达表面以脆性变形的形式发生重大的地质变形，”作者解释说。

他们总结道：“总之，我们的结果表明，在地质上最近的过去，由于强烈的热脉冲，米兰达可能有一个地下海洋，这与之前研究的动力学建模结果一致。”

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