在下雪的季節,如果環境溫度足夠低、降雪量足夠大,雪花降落到地球表面后就會堆積起來,進而形成積雪。在我們地球上,很多區域都會出現積雪,根據環境溫度以及降雪量的不同,不同區域中的積雪深度也會不一樣,其中最深的積雪,厚度可以達到幾十米。
然而太陽系中最深的積雪,其實并不在地球上,因為在太陽系中的另一顆星球上,其表面的積雪可以厚達700米,與之相比,即使是地球上最深的積雪,也差得很遠,這顆星球就是土星眾多天然衛星中的一員——土衛二(Enceladus)。
土衛二的平均直徑只有505公里,這大概相當于月球的7分之1,雖然這顆星球并不大,但早在1789年,天文學家就發現了它,之所以會這樣,有一個重要的原因就是,這顆星球的亮度很高。
實際上,土衛二是已知太陽系中最亮的天然衛星,其反照率高達81%,所以自從發現這顆星球之后,天文學家就推測土衛二的表面覆蓋著厚厚的冰雪。
迄今為止,已經有兩個探測器對土衛二進行了近距離探測,它們傳回的數據表明,這種推測沒有錯,土衛二表面確實存在著冰雪層。這兩個探測器分別是「旅行者2號」和「卡西尼號」,前者只是從「匆匆路過」,后者則專門用于探測土星及其衛星系統。
「卡西尼號」于2004年抵達土星系統并展開探測工作,13年之后,其能源已經所剩無幾,為了避免它因為失控而墜毀在可能存在生命的土星衛星上,「卡西尼號」于2017年在受控狀態下墜入了土星。
「卡西尼號」為我們傳回了大量寶貴的探測數據,正是有了這些數據作為重要參考,科學家才估算出土衛二表面的積雪可以厚達700米。那土衛二為什麼會有如此之厚的積雪呢?我們接著看。
土衛二運行在土星環的外側邊緣,大約每33小時圍繞土星公轉一圈,它與更外側的土衛四(Dione)形成了一個2比1的軌道共振,也就是說,土衛二每圍繞土星公轉兩圈,土衛四就剛好圍繞土星公轉一圈。
土衛四的平均直徑大約為1118公里,比土衛二要大得大,其引力會對土衛二產生明顯的影響,在此基礎上,再加上土衛二的運行軌道并不是一個正圓,所以土衛二就會出現明顯的「潮汐變形」,簡單來講就是,在它的運行過程中,其形狀會發生周期性的變化。
另一方面來講,土衛二是一顆富含水的星球,其上層物質基本上都是水,由于距離太陽很遠,土衛二表面溫度非常低,大概只有零下200℃,所以土衛二表面的水就凍結起來,進而形成了一個厚厚的冰層。
不過土衛二上的水并不產全部都被凍結成冰,這是因為「潮汐變形」會導致其內部的物質因為摩擦而產生大量的熱量,根據科學家的估算,在土衛二地下30至40公里處,其內部的熱量就可以讓水以液態的形式存在,而隨著深度的增加,水的溫度也會逐漸提高。
「潮汐變形」除了能讓土衛二內部產生熱量之外,還會給土衛二的冰層不斷施加「壓力」,當達到一定程度時,冰層就會被撕裂,進而產生巨大的裂縫,而這樣的裂縫一旦產生,土衛二內部的液態水就洶涌而出。
要知道在土衛二的內部,這些液態水都是處于高溫高壓的環境中,所以在此過程中,這些液態水中的絕大部分就會因為壓力得到釋放而直接變成氣體,并發生猛烈地噴發。
在此之后,噴流中的水很快就會在低溫環境中凝結成冰晶,根據初始速度的不同,它們中的一部分會脫離土衛二,并最終落入土星環之中,而另一部分則會形成雪花,并在土衛二引力的作用下重新回到星球表面。
由于土衛二的表面重力并不高,并且其溫度也極低,因此這些雪花就會大量地堆積,進而形成蓬松的積雪層,而隨著上述過程的反復上演,土衛二上的積雪當然也就越來越厚了。那麼,「積雪厚達700米」是怎麼來的呢?
正如前文所言,在「潮汐變形」的影響下,土衛二的冰層會出現裂縫,這些裂縫其實就給我們展示出了土衛二的一部分冰層和積雪層的「橫截面」。
實際上,「卡西尼號」早已傳回了與這些裂縫相關的數據,通過對這些數據進行分析,再加上相關理論的推演,科學家就可以估算出土衛二上積雪有多深。
值得一提的是,地球上不同區域中的積雪深度是不一樣的,土衛二上的情況也同樣如此,根據科學家的估算,土衛二上的積雪平均深度約為250米,最深處可達700米。
總而言之,太陽系中最深的積雪,并不在地球上。當然了,我們也不能確定土衛二上的積雪就是太陽系中最深的,畢竟在太陽系中還有不少與土衛二類似的星球,而我們對這些星球的了解還遠遠不夠。