科學人／土衛六海洋論被推翻？最新研究：泰坦冰殼下可能是「冰沙世界」

圖／ChatGPT生成

長久以來，土星最大衛星「泰坦」（Titan）一直被視爲太陽系中最可能藏有地下海洋的天體之一。在厚達數十公里的冰殼之下，科學家曾描繪出一片廣闊的液態水層，不僅能解釋泰坦的內部結構，也讓它成爲尋找外星生命的重要候選地。然而，最新發表於《自然》（Nature）的研究指出，這幅經典圖像可能過於簡化。重新分析美國航太總署（NASA）卡西尼號太空船（Cassini）任務留下的重力與軌道資料後，研究團隊認爲，泰坦冰層下方更可能是一個由冰與水混合構成的「冰沙層」，並在接近岩石核心處，存在零星分佈的局部融水區，而非一整片自由流動的地下海洋。

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卡西尼的舊資料，爲何得出不同結論？

卡西尼號自 1997 年啓程，在土星系統運作近 20 年，累積了大量高精度的重力與形變觀測資料。早在 2008 年，研究人員就注意到，泰坦在橢圓軌道上繞行土星時，會因引力拉扯而出現明顯的形狀變化。當時的分析認爲，這種形變幅度暗示冰殼下方必須存在一層液態水，才能讓外殼如此靈活地迴應潮汐力。 然而，隨着模型與物理參數逐步精細化，科學家發現，若假設泰坦擁有一整片全球性地下海洋，部分重力與能量耗散的觀測結果仍難以同時解釋。這促使研究團隊重新檢視這些「老資料」，尋找被忽略的線索。

形變爲何「慢半拍」？關鍵藏在時間差

新研究引入了一個過去較少被重視的觀察面向：時間。研究人員發現，泰坦的形狀變化，會比土星引力達到高峰的時刻，延遲約 15 小時纔出現。這種延遲現象，反映了泰坦內部物質對外力反應的黏稠程度。 透過分析這個時間差，研究團隊推算出泰坦內部所耗散的能量，明顯高於「全球液態海洋」模型的預期。NASA 噴射推進實驗室的費拉維奧・佩特里卡（Flavio Petricca）指出，這種異常強烈的能量耗散，顯示泰坦內部結構應該比單純的「冰殼＋海洋」更爲複雜，也爲新的內部模型提供了關鍵線索。

極端壓力下的水，行爲早已不同於地球

華盛頓大學的巴普蒂斯特・喬諾（Baptiste Journaux）指出，泰坦內部的含水層厚度驚人、壓力極高，使得水與冰的物理性質，早已不同於地球上海水與冰層的行爲方式。在這樣的極端條件下，水可能呈現出地球上少見的相態與力學特性，也讓傳統對地下海洋的想像不再是唯一合理的選項。 喬諾所主持的行星低溫礦物物理實驗室，長期在實驗室中模擬外星天體內部的高壓、低溫環境，並建立水與冰在這些條件下的物理參數資料庫。這些實驗結果，使研究團隊能推算出不同內部結構假設下，卡西尼號理應量測到的重力迴應訊號，成爲檢驗模型的重要依據。

冰沙層與局部融水，如何影響生命想像？

研究團隊提出的模型顯示，泰坦冰殼下方可能是一層厚厚的冰沙狀結構，而在接近岩石核心的區域，則存在零星分佈的局部融水區。這樣的內部配置，既能解釋形變延遲與能量耗散的觀測結果，也保留了一定程度的含水環境。 共同作者烏拉・瓊斯（Ula Jones）指出，這項發現對於尋找太陽系外生命具有概念上的啓發意義。它顯示，即使沒有一整片液態海洋，某些行星或衛星內部，仍可能存在足以納入宜居討論的含水環境。 進一步的分析推估，若這些局部融水區在特定條件下形成，其溫度甚至可能接近攝氏 20 度左右。相較於一片廣闊但稀釋的海洋，體積較小的水體可能使可利用的營養物質更爲集中，理論上有利於簡單生命形式的生存。然而，這些情境仍屬模型推論，是否真能支持生命，仍有待未來任務與觀測驗證。

爲下一步探索鋪路

儘管「地下海洋」的想像曾大幅提升泰坦在尋找生命研究中的地位，研究團隊認爲，這次對內部結構的重新理解，反而有助於更精準地界定未來探索的方向。喬諾目前也是 NASA 即將於 2028 年發射的「蜻蜓號」（Dragonfly）任務團隊成員之一，這些新模型將有助於規劃探測策略，並釐清泰坦內部是否真存在能長期維持的含水環境。即便如此，若未來真的在泰坦發現生命，其樣貌也未必如地球深海生物般醒目，反而更可能類似地球極地或冰下環境中的生態系。

（本文出自2025.12.19《科學人》網站，未經同意禁止轉載。）