在旅行者2號(hào)航行近40年后，美國宇航局（NASA）計(jì)劃重新訪問天王星，利用一種新的計(jì)算機(jī)模型探索其衛(wèi)星上隱藏的液態(tài)水海洋。
這個(gè)模型通過分析衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)來推斷地下海洋的存在和大小。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)極大地影響我們對(duì)銀河系中生命潛力的理解，因?yàn)楸扌呛退鼈兊男l(wèi)星可能是普遍的棲息地。
旅行者號(hào)的歷史性相遇和未來計(jì)劃
1986年，NASA的旅行者2號(hào)飛越天王星，捕捉到其覆蓋著冰的大型衛(wèi)星的顆粒狀圖像。近40年后，美國宇航局正計(jì)劃對(duì)這顆遙遠(yuǎn)的行星進(jìn)行一項(xiàng)新的任務(wù)，這次是為了確定這些冰冷的衛(wèi)星表面下是否隱藏著液態(tài)水海洋。
盡管該任務(wù)仍處于早期規(guī)劃階段，德克薩斯大學(xué)地球物理研究所（UTIG）的研究人員已經(jīng)在開發(fā)一種計(jì)算機(jī)模型，旨在僅使用航天器的相機(jī)就能探測(cè)到這些隱藏的海洋。
這項(xiàng)研究至關(guān)重要，因?yàn)榭茖W(xué)家們不確定哪種技術(shù)對(duì)在天王星上尋找海洋最有效。確認(rèn)液態(tài)水的存在是當(dāng)務(wù)之急，因?yàn)樗巧幕境煞帧?/p>
新的計(jì)算機(jī)模型通過分析衛(wèi)星繞其母行星旋轉(zhuǎn)時(shí)的微小振蕩或擺動(dòng)來工作。從那里，它可以計(jì)算出里面有多少水、冰和巖石。較小的擺動(dòng)意味著衛(wèi)星大部分是固體，而較大的擺動(dòng)意味著冰的表面漂浮在液態(tài)水的海洋上。當(dāng)與重力數(shù)據(jù)相結(jié)合時(shí)，該模型計(jì)算出海洋的深度以及上覆冰的厚度。
了解冰巨人和生命潛力
天王星和海王星都屬于冰巨星。天文學(xué)家已經(jīng)在太陽系外發(fā)現(xiàn)了比任何其他類型的系外行星都要多的冰巨星。開發(fā)該模型的UTIG行星科學(xué)家道格·海明威（Doug Hemingway）說，如果發(fā)現(xiàn)天王星的衛(wèi)星內(nèi)部有海洋，那可能意味著銀河系中有大量潛在的宜居世界。
他說：“在天王星的衛(wèi)星內(nèi)發(fā)現(xiàn)液態(tài)水海洋將改變我們對(duì)生命可能存在的可能性的看法?！?/p>
UTIG的研究發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》雜志上，將幫助任務(wù)科學(xué)家和工程師提高探測(cè)海洋的機(jī)會(huì)。UTIG是德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校杰克遜地球科學(xué)學(xué)院的一個(gè)研究單位。
衛(wèi)星振蕩力學(xué)
太陽系中所有的大衛(wèi)星，包括天王星的衛(wèi)星，都是潮汐鎖定的。這意味著引力與它們的自轉(zhuǎn)相匹配，所以當(dāng)它們繞軌道運(yùn)行時(shí)，總是同一面面對(duì)母行星。然而，這并不意味著它們的自旋是完全固定的，所有潮汐鎖定的衛(wèi)星在繞軌道運(yùn)行時(shí)都會(huì)來回振蕩。確定擺動(dòng)的程度將是了解天王星衛(wèi)星是否含有海洋的關(guān)鍵，如果有的話，它們可能有多大。
內(nèi)部有液態(tài)水海洋的衛(wèi)星會(huì)比那些一直都是固體的衛(wèi)星擺動(dòng)得更厲害。然而，即使是最大的海洋也只會(huì)產(chǎn)生輕微的擺動(dòng)：月球在其軌道上運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)可能只會(huì)偏離幾百英尺。
這仍然足以讓過往的航天器探測(cè)到。事實(shí)上，這項(xiàng)技術(shù)之前被用來證實(shí)土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二內(nèi)部有一個(gè)全球海洋。
擴(kuò)展海洋探測(cè)技術(shù)
為了找出同樣的技術(shù)是否適用于天王星，海明威對(duì)天王星的五顆衛(wèi)星進(jìn)行了理論計(jì)算，并提出了一系列合理的設(shè)想。例如，如果天王星的衛(wèi)星Ariel擺動(dòng)300英尺，那么它很可能有一個(gè)100英里深的海洋，周圍是20英里厚的冰殼。
檢測(cè)更小的海洋將意味著宇宙飛船將不得不靠近或額外強(qiáng)大的相機(jī)。但該模型為任務(wù)設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)計(jì)算尺，讓他們知道什么是可行的，UTIG研究副教授克里斯塔·索德倫德說。
索德倫德沒有參與目前的研究，他說：“這可能是發(fā)現(xiàn)海洋或發(fā)現(xiàn)我們到達(dá)時(shí)沒有這種能力的區(qū)別。”
索德倫德曾與美國宇航局合作過天王星任務(wù)的概念。她也是美國宇航局木衛(wèi)二快船任務(wù)科學(xué)小組的一員，該任務(wù)最近發(fā)射并攜帶了由UTIG開發(fā)的冰層穿透雷達(dá)成像儀。
道格·海明威說，下一步是擴(kuò)展模型，包括其他儀器的測(cè)量，看看它們?nèi)绾胃纳菩l(wèi)星內(nèi)部的圖像。
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