土卫二的海洋在沸腾

但这并不影响生命的繁衍。

土卫二地下海洋中可能会沸腾。

NASA / JPL-Caltech

近日以美国加州大学戴维斯分校（University of California, Davis）地球物理学家Maxwell Rudolph为首的一批科学家发现，太阳系外围部分冰冻卫星的内部海洋上层，可能会因为冰壳变薄压力释放而达到沸点。但这并不妨碍海洋中下层可能存在的生命继续繁衍生息。

之前人们发现，外围太阳系的部分冰冻卫星，如土星的卫星土卫二恩克拉多斯（Enceladus），可能并非完全冻结。在它们的冰壳和岩石核心之间可能存在液态水海洋。在地球上，几乎所有有水的地方都有生命，因此人们期待能够在这些海中找到外星生命。

Maxwell Rudolph曾经对这些卫星冰壳厚度变化产生的应力进行过研究。研究人员尤其关注的是这些应力的变化，是否会在冰壳中制造出足以连接卫星表面和地下海洋的裂缝，从而使来自地下海洋的液态水喷入太空。

研究人员此前关注了冰壳增厚可能会带来的结果。由于冰的体积比相同质量的液态水大，水的冻结会导致冰壳承受更大的压力，并导致冰层开裂。土卫二上的所谓“虎纹”就是这样形成的。

而在新的研究中，人们探究了这些卫星冰壳底部因融化而变薄可能会导致什么后果。

此前人们发现，土卫一米玛斯（Mimas）会在环绕土星运行时在轨道上发生晃动，其原因可能是因为它的冰壳下也存在一个海洋。但鉴于其表面仍然保留着很多古老的特征（如陨石坑），研究人员推测其地下海洋可能是在过去1000万年间形成的。而其冰壳的融化是其与其他土卫相互影响的结果。

研究人员发现，如果冰壳变薄，它们对海洋的压力就会变小。在那些小型的冰冻卫星，如土卫一、土卫二或天王星的卫星米兰达（Miranda）上，冰壳变薄导致的压力降低可能会使海洋上层水达到“三相点”。

当冰壳的厚度下降到5至15千米时，可能会导致最靠近冰壳的海洋上层沸腾。

所谓“三相点”是物质的一种特殊存在状态，是纯物质气态、液态和固态能够同时平衡共存的一种确定状态。“三相点”和“冰点”或“沸点”不同，是其自身固有的不受外界环境影响的内在属性。

水的“三相点”温度为0.01℃，压强为标准大气压的大约1/160。在这个独特条件下，冰、液态水和水蒸汽可以同时稳定地存在。

通俗地说，这是一种低温沸腾现象。因此对于该区域下方可能存在的生命来说，生活依然可以像往常一样继续。

但是对于那些直径超过600千米的较大卫星，如天王星的卫星泰坦尼亚（Titania）而言，冰层融化导致的压力下降反而会使冰壳在到达“三相点”前破裂，然后又重新增厚，形成褶皱山脊般的独特地貌。

水的沸腾会带来多方面影响。比如会形成一种能够将气体分子俘获在内的复杂冰结构“笼形化合物（clathrates）”。

研究人员称未来将继续深入研究这一过程，探寻水汽从海洋产生后的去向，以及究竟有哪些与之相关的地表特征。

参考

Boiling oceans and compressional tectonics on emerging ocean worlds

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02713-5