土卫二向太空喷射水流 新模拟揭示其奥秘

美国得克萨斯大学奥斯汀分校科学家最新计算机模拟研究显示，土星的冰冻卫星——土卫二通过低温火山喷发将水和冰粒喷射至太空，而此次模拟对于冰质量损失的估算比以往更为精准，这有助于揭示这颗冰月表面之下可能存在生命的奥秘，并为未来机器人探测任务提供科学依据。

土星的冰卫星恩克拉多斯通过冰火山喷发将冰层物质释放至太空，而TACC超级计算机的新模拟研究提升了对冰层损失量的估算精度。这些发现有助于理解这颗冰卫星地表之下可能孕育生命的奥秘，并为未来的机器人探测提供依据。图片来源：NASA

研究团队利用卡西尼号（Cassini）探测器自2005年以来获取的观测数据，在得克萨斯高性能计算中心（TACC）超级计算机上运行先进的DSMC（直接模拟蒙特卡洛）模型，对土卫二表面喷发的水汽和冰粒羽流进行深入分析。结果表明，土卫二喷射到太空中的冰质量流速比此前文献常见的数据低20%-40%。

论文通讯作者、比利时皇家空间气象学研究所（兼任得克萨斯大学助理研究员）Arnaud Mahieux表示：“我们的DSMC模拟工作，将计算时间从往年的48小时降低到了几毫秒，因此可以对上百个喷发源的参数进行细致推演，包括水汽与冰粒的比例、喷流温度和出口速度等，极大推进了我们对土卫二活动的认识。”

研究显示，土卫二直径仅约504公里，表面由于引力微弱，无法约束强力喷发的冰质喷流。这种现象类似于火山喷发岩浆，只是土卫二喷射的是水汽和冰粒。模拟过程中，科学家对喷流中的气体在微观尺度上的动态轨迹进行了建模（分子级别的运动、碰撞和能量交换），实现了更真实的低压和长距离条件下的羽流扩展情况。

土星位于太阳系的“雪线”以外，与其他拥有冰冻卫星的行星（如木星等）一样，其部分卫星表面下隐藏着液态水的海洋。土卫二的冰喷流为人类了解其地下环境提供了独特窗口。NASA和欧洲航天局正计划未来探测任务，其中或将登陆土卫二并钻取冰层，以搜寻被隐藏在数公里冰层之下的生命迹象。而对喷流物质成分的测量，有助于拿到地下海洋的化学和物理信息，无需直接钻探。

Mahieux强调：“超级计算机让我们得到十几年前无法想象的答案，也让我们更贴近自然界真实发生的物理过程。”

编译自/ScitechDaily