科學家開發新方法 探究潮汐對太陽系行星和衛星內部的影響

由亞利桑那大學月球與行星實驗室、代爾夫特理工大學以及加州理工學院的科學家所組成的團隊，研發出了一種新方法，用以計算潮汐如何影響太陽系中行星和衛星的內部。重要的是，他們研究了「體潮」對內部結構並非完美球形的天體所產生的影響。

在這張重新處理的彩色影像中，木衛二的表面清晰可見；影像比例為每畫素1.6公里；木衛二的北方在右側。圖片出處：美國國家航空暨太空總署（NASA）/噴射推進實驗室 - 加州理工學院（JPL-Caltech）/SETI研究所。

體潮是指天體在與其他物體產生重力相互作用時所經歷的形變。

想想看，木星強大的引力是如何拉扯它的冰質衛星木衛二的。

由於木衛二的軌道不是圓形，木星對木衛二的引力擠壓在其沿軌道執行時會有所不同。

當木衛二最接近木星時，感受到的木星引力最強。

這種形變所產生的能量加熱了木衛二的內部，使得在這顆衛星的冰殼之下能存在液態水海洋。

加州理工學院的研究員亞歷山大·伯恩博士表示：「土星的衛星土衛二也是如此。」

「土衛二的冰殼，預計比木衛二的更加不具球對稱性。」

天體所經歷的體潮，會影響這些星球隨著時間的演變，像木衛二和土衛二的例子，還會影響它們對我們所知生命形式的潛在宜居性。

研究人員指出：「雖然球對稱天體的潮汐回應與潮汐力具有相同的波長，但橫向的非均勻性會產生額外的潮汐回應，其頻譜取決於這種變化的空間模式。」

「對於水星、月球和木衛一而言，在長波長剪下模量變化高於平均剪下模量的大約10%時，這個訊號的幅度高達主要潮汐回應的1 - 10%。」

「對於木衛二、木衛三和土衛二，殼層厚度變化為平均殼層厚度的50%，分別會使木星的衛星和土衛二產生大約1%和大約10%的額外訊號。」

研究作者還討論了這些結果如何能幫助科學家解讀前往各種不同星球（從水星到月球，再到太陽系的外行星）的太空任務所取得的觀測資料。

他們表示：「未來的任務，如貝皮科倫坡號和JUICE號，可能會測量到這些訊號。」

「黏性的橫向變化會影響潮汐加熱的分佈。」

「這可以推動潮汐活動天體的熱演化，並影響活動區域的分佈。」

這些研究成果發表在《行星科學期刊》上。

馬克·羅維拉 - 納瓦羅等人於2024年發表的論文《計算橫向非均勻天體潮汐的光譜方法》，刊載於《行星科學期刊》第5卷第129頁；doi: 10.3847/PSJ/ad381 。

本文是美國國家航空暨太空總署釋出的新聞稿的一個版本。