天王星衛星內部是否存在液態水海洋？新研究提供偵測線索

木星和土星系統中的幾顆冰衛星，似乎擁有內部液態水海洋。相較之下，我們對天王星衛星的了解較為有限，但未來對天王星系統的探索，有機會偵測到其衛星地下海洋的存在。要做好相關規劃，就必須了解衛星的內部結構（有無海洋的情況）和可觀測量之間的關係。德州大學地球物理研究所和加州大學聖克魯茲分校的最新研究顯示，天王星的幾顆衛星，像是天衛五（米蘭達）、天衛一（艾瑞爾）和天衛二（安布瑞爾），其自轉狀態的某些面向，可作為判斷內部是否存在液態水海洋的依據。若再結合重力場測量，就能全面限制天王星衛星的內部結構和演化歷史。

1986年，美國國家航空暨太空總署（NASA）的航海家2號飛掠天王星時，捕捉到了大型冰封衛星的模糊照片。

如今，NASA計劃再發射一艘太空船前往天王星，此次將配備相關儀器，以探究那些冰衛星是否藏有液態水海洋。

這項任務仍處於早期規劃階段，但行星研究人員正透過建立新的電腦模型為其做準備，該模型僅利用太空船的相機，就能用於偵測冰層下的海洋。

他們的電腦模型是透過分析衛星繞母行星公轉時自轉方式的微小振盪（或稱擺動）來運作。

由此，模型就能計算出衛星內部水、冰和岩石的含量。擺動幅度小，意味著衛星大多是固態；而擺動幅度大，則表示冰殼表面是漂浮在液態水海洋上。

若再結合重力數據，該模型還能計算出海洋的深度以及上覆冰層的厚度。

德州大學地球物理研究所的行星科學家道格・海明威博士表示：「若發現天王星的衛星有內部海洋，那可能意味著在我們的星系中，存在大量有潛力孕育生命的星球。」

「發現天王星衛星內部有液態水海洋，將改變我們對生命可能存在範圍的看法。」

太陽系中所有大型衛星，包括天王星的衛星，都被潮汐鎖定。

這意味著重力使其自轉同步，在公轉時總是同一面朝向母行星。

然而，這並不代表它們的自轉完全固定，所有被潮汐鎖定的衛星在公轉時都會來回振盪。

確定擺動的程度，將是了解天王星衛星是否含有海洋，以及若有海洋，其規模大小的關鍵。

內部有液態水海洋晃動的衛星，擺動幅度會比完全固態的衛星更大。不過，即使是最大的海洋，產生的擺動也很微小：衛星在軌道上運行時，自轉偏差可能只有幾百英尺。

但這仍足以被飛掠的太空船偵測到。事實上，先前就曾用此技術證實土星的衛星恩克拉多斯有全球內部海洋。

為了探究同樣的技術在天王星是否可行，海明威博士和他的同事，加州大學聖克魯茲分校的弗朗西斯・尼莫博士，對天王星的五顆衛星進行了理論計算，並得出一系列合理的假設情境。

要偵測到更小的海洋，太空船就得靠得更近，或是搭載更強力的相機。

海明威博士說：「下一步是擴展模型，納入其他儀器的測量數據，看看它們如何完善對衛星內部的認知。」

該團隊的研究成果發表在《地球物理研究通訊》期刊上。

（參考文獻：D.J. Hemingway & F. Nimmo. 2024. Looking for Subsurface Oceans within the Moons of Uranus Using Librations and Gravity. Geophysical Research Letters 51 (18): e2024GL110409; doi: 10.1029/2024GL110409 ）

（本文是德州大學發佈的新聞稿的一個版本）