在天衛一的裂谷發現地下海洋線索

天文學家認為，太陽系天體中隱藏的液態海洋數量可能遠超過先前預測。到目前為止，學者們認為在木星、土星、天王星與海王星的多顆衛星上可能蘊藏著被厚冰質地殼封存的地下海洋，而在佈滿天衛一表面的深裂谷中，可能隱藏著顯示內部構造秘密的地質特徵，也讓天文學家能藉此研究這些深藏的水體。

由航海家2號拍攝的天衛一地表影像，航海家2號是迄今為止人類所發射最接近天衛一的探測器。影像來源：NASA/JPL

近期研究團隊研究發現，天衛一地表的裂谷可能是由內部物質湧出形成，底部呈現平行溝槽狀，地質特徵與地球上的板塊擴張運動所產生的構造十分相似，且這裡或許存在固態二氧化碳（俗稱乾冰）與其他含碳沈積物，顯示衛星內部可能擁有液態水。雖然形成機制目前雖尚未確定，但此發現顯示衛星內部或許隱藏著流動物質，對於研究天衛一內的部結構極具價值。因此研究團隊透過觀測數據與地質模型模擬，試圖解釋這些構造的形成機制。

在天衛一表面發現的裂谷地形位置與特徵。影像來源：Bennington et al., Planet. Sci. J., 2025

經由電腦模擬後發現，地球上的板塊擴張運動可能適用於天衛一。在地球上海底的中洋脊，因海洋地殼向兩側擴張裂開，導致岩漿向上湧出，湧出物接觸海水冷卻後形成新地殼。而天衛一上的機制可能是由於內部較熱的物質上湧，導致冰質殼解凍後向兩側裂開，湧出物凍結後形成新的冰質地殼。當學者進一步將裂谷的兩側「對齊」時，發現地質特徵的吻合程度極高，顯示此裂谷確實可能由板塊擴張作用導致。此外，裂谷底部的平行溝槽與地球上中洋脊的沈積物特徵相符，進一步支持了這項推測。

天衛一上的裂谷地形與產生機制示意圖，冰質地殼緩慢向兩側裂開，地下湧出物隨時間持續凍結後，形成類似地球上的中洋脊構造。圖片來源：Bennington et al., Planet. Sci. J., 2025

天文學家認為，天衛一曾進入過軌道共振狀態，使其軌道周期呈現精確的數學比例。這種共振產生的引力交互作用可能導致衛星內部受熱，地表可能因這些內部加熱與冷卻過程發生變化，而衛星內部的部分區域或許仍保留著液態水，或者隱藏的地下海洋，近期韋伯太空望遠鏡（JWST）的觀測結果支持這項推測。如果屬實，地下海洋可能就是裂谷中固態二氧化碳的來源。然而因觀測數據仍未充分，尚無法確定其具體規模及與裂谷擴張的關聯。團隊只能粗略估算其規模與深度，目前仍無法完全確定該海洋是否與地殼擴張區域有交互作用。此外，雖然碳氧化物冰已確定存在，但如果僅依照航海家二號的資料，無法確定這些物質的精確分布。

目前對於天王星及其衛星的研究仍極為有限，亟需新的探測任務來深入探究天衛一的地質與可能存在的海洋。若人類終於決定探索這顆神秘行星時，天衛一的裂谷地形將成為關鍵的研究目標之一。（編輯／蔡承穎）

資料來源：Science Alert

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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