外太阳系充满了液态水。在木星的第四大卫星木卫二(Europa)的冰壳下隐藏着一个咸水海洋，其中的水比地球上所有海洋的总和还要多。土星卫星土卫二上的地下海洋向太空中喷射出大量的水蒸气。有诱人的迹象表明，在木卫三、木卫四、土卫六和其他遥远的卫星上也可能存在海洋。
现在，另一颗卫星似乎正在被秘密淹没。土星的卫星土卫一以其与《星球大战》中的死星惊人的相似而闻名，它冰冷的外壳下可能蕴藏着液态水。如果这是真的，类似的海洋可能隐藏在人们的视线中，外太阳系可能比以前想象的更适合居住。
2014年，科学家首次发表了证据，证明土卫一可能是一个水世界——在长达十年的辩论中，这个社区被淹没了。包括目前在科罗拉多州博尔德市西南研究所(Southwest Research Institute)工作的行星科学家艾丽莎·罗登(Alyssa Rhoden)在内的许多人都对这种可能性持高度怀疑态度。他们的理由很简单:土卫一坑坑洼洼的表面没有显示出内部海洋存在的迹象。和土卫二一样，土星的引力会搅动土卫一内部的海水，导致表面冰层出现大裂缝。目前还没有发现此类骨折。
现在形势可能已经逆转。两项研究，一项由Rhoden和他的同事完成，另一项由巴黎天文台的valsamry Lainey和他的同事完成，更有力地证明了海洋的存在，甚至解释了地球表面的难题。总之，这项研究表明，土卫一可能有一个年轻且不断变化的海洋。如果是这样的话，它提出了一个充满活动的外太阳系的前景。这种可能性是最让罗登兴奋的，他在接受Knowable杂志采访时谈到了潜在的海洋，以及为什么它对科学家来说是一个福音。
出于篇幅和清晰度考虑，本对话经过了编辑。
我们知道什么这些隐藏的海洋呢?
在许多方面，它们看起来像我们自己的——至少它们可能是由盐水组成的。
我们知道这些海洋世界的表面是冰的，从它们明亮的整体外观来看，望远镜和航天器的测量结果证实了这一点，探测到水冰的特征。一些海洋卫星的密度甚至很低，可能在它们内部的岩石中混入了水冰。在加热的作用下，水冰融化成液态水，液态水会侵蚀岩石，形成盐水。在土卫二上，盐水很方便地喷射到太空中。
考虑到外太阳系有多冷，是什么产生了热量?
遥远的海洋乍一看似乎是不可能的。在离太阳这么远的地方，很难获得融化冰的热量。但由于引力的奇特作用，外太阳系可能相当温暖。
想想木星和它的卫星木卫二。木星对木卫二施加了强大的引力，使木卫二向木星的方向拉长。因为木卫二的轨道是偏心的——它在远离木星之前先靠近木星——随着时间的推移，木卫二被拉伸和释放。这在内部产生了摩擦，提供了维持液态海洋所需的热量。
我们第一次看到木卫二可能存在地下海洋的迹象是在1979年旅行者号飞越木星的时候。木卫二看起来不像我们的月球，甚至不像太阳系内部的大多数天体。它冰冷的表面没有很多陨石坑，而是覆盖着纵横交错的线条和四处移动的碎片。你不需要很费力地去想象那里发生了什么不同的事情。
你提到了表面特征。我们还依赖哪些其他证据来探测隐藏的海洋?
一种方法是观察磁场。因为盐水是导电的，它可以在月球周围产生磁场，扰乱地球的磁场。这是木卫二存在地下海洋的重要证据。
但仅此还不够。综合这些证据，我们得出了海洋存在的结论。例如，我们可能还会考虑测量月球表面的盐含量，以及月球的重力对航天器的影响。由于岩石或液态金属的密度与液态水的密度不同，这些拖船的大小为这些物质提供了线索，以及它们在月球内的集中位置。
或者我们可以简单地想象月球的表面在整个轨道上如何改变方向。一般来说，这些小卫星总是对着它们的母行星，就像我们的月球一样。但是当月亮在轨道上运行时，它指向的方向会前后移动一点——在可见部分产生抖动。摇摆的程度取决于内部。海洋上的冰壳比岩石上的冰壳移动更自由，所以变化往往更大。这就是在土卫二上探测到海洋的方法。这是土卫一上存在海洋的最佳证据之一。
让我们谈谈。土卫一。你是怎么开始研究月球的?
2014年关于土卫一的论文发表时，我已经花了十年左右的时间研究木卫二和其他冰冷的卫星。那篇论文测量了卫星可见部分移动时的摆动，表明土卫一要么拥有地下海洋，要么拥有形状奇怪的核心。
但是海洋似乎是不可能的。土卫一看起来很像我们的月球，表面有很多陨石坑。它不像木卫二那样有纵横交错的线条或破碎的碎片。它当然不像土卫二那样喷出间歇泉。所以我看了一眼土卫一，我说:“它不可能是一颗海洋卫星。”然而我意识到我无法反驳这个观点。
多年来，我一直记着土卫一，最终在2023年的《地球与行星科学年度评论》上发表了一篇论文。那篇论文排除了几种海洋的可能性，只留下了一个选择，那就是在土卫一形成后不久形成的海洋。年轻的海洋可能是隐秘的。但这仍然只是一个假设。
最近的工作如何改变了这种情况?
早在2024年，valsamry Lainey和他的团队报告了新的观测证据，证明土卫一上存在海洋。他们观察的不是振动，而是土卫一轨道随时间的变化——这种变化取决于其内部结构。他们发现，这些变化不能用形状奇怪的地核来解释，所以海洋是最可行的选择。
我的团队在6月份发表的研究，进一步解释了地表没有可见裂缝的原因。我们认为海洋太年轻了——只有1000万年的历史——直到最近才停止生长。我们认为，年轻的翻腾海洋的潮汐压力可能不足以破裂上面的冰。相反，我们需要的是海洋最终重新结冰时所带来的压力。因为随着时间的推移，土卫一的轨道变得不那么偏心，它会失去热量，重新冻结——这在土卫一上才刚刚开始——会导致上面的冰破裂。
研究表明，最终土卫一可能会失去它的海洋，这有点令人悲伤，因为它刚刚被发现。但另一方面，土卫一可能会成为新的土卫二——土星最冷的新卫星——有很深的裂缝，甚至可能有水流。
这项研究的总体意义是什么?
从地球物理的角度来看，我对此很感兴趣。我们认为太阳系最早的时期是炎热的时期，所有的活动都在这个时候发生，然后一切都朝着更安静的状态发展。冥王星的卫星冥卫一可能失去了海洋。木卫二和木卫三的海洋相当古老。一颗卫星可以在它的历史上形成一个新的海洋，我们可以看到吗?那是令人兴奋的!它开启了一种可能性，即任何星球，包括那些有着古老的陨石坑表面的星球，都可能经历类似的转变。
人们对可居住性也很感兴趣，即这些海洋是否适合生命生存。我们目前还不知道太阳系的海洋，除了我们自己的海洋，是否适合居住，曾经有人居住或正在有人居住。但如果土卫一真的有海洋，我们就有机会了解这些世界是如何发展的，甚至栖息地是如何创造和失去的。能够看到这些过程的发生是令人兴奋的，而不是总是看到很久以前发生的事情的最终状态。
接下来的任务能告诉我们更多吗?
欧洲航天局已经发射了木星冰卫星探测器(Juice)，它将对木卫二以及显示有海洋迹象的卫星木卫三和木卫四进行详细观察。在2024年秋天，美国宇航局将把木卫二快船送入木星轨道，以确定木卫二是否有适合生命生存的条件。
天王星系统是美国宇航局未来任务的重要议程，我认为这对最近的工作最有意义。它与土星系统惊人地相似，包括拥有类似于土卫二和土卫二的富含冰的中型卫星。如果在土卫一上有一个年轻的海洋，那么考虑在天王星的卫星上也可能存在水世界就不是一个很大的飞跃了。
本文最初发表于《年度评论》旗下的独立新闻杂志《可知杂志》。注册时事通讯。
