太阳系的“超级大水库”,地球的液态水储量,甚至比不上它的零头

魅力科学君 2025-02-28 17:47:32

地球是太阳系中唯一一颗在星球表面广泛存在液态水的星球,以至于从太空中俯瞰,会让人觉得地球就像是一颗主要由水构成的星球一样,然而地球上的液态水储量,其实并没有看上去那么多,为方便理解这一点,我们不妨来看一组数据。

测量数据表明,地球海洋平均深度约为3.8公里,最深处大约11公里,而地球的半径却有大约6371公里,也就是说,就算是地球海洋最深的地方,其深度也不及地球半径的千分之二。

需要知道的是,对于一颗星球而言,液态水除了可以存在于其星球表面之外,还可以存在于它的内部,实际上,在太阳系已知的众多星球之中,地球的液态水储量只能排到第五名,而第一名则是另一颗星球——木卫三(Ganymede)。

(↑已知太阳系液态水储量排名前10的星球,注意是倒序,其中ZL是一个体积单位,根据定义,1ZL为10^21升,也就是10^18立方米)

作为木星最大的天然卫星,木卫三的半径约为2631公里,比水星还要大一点,根据科学家的计算,这颗星球的液态水储量约为3540亿亿(3.54 x 10^19)立方米,堪称是太阳系的“超级大水库”,与之相比,地球的液态水储量只有大约133.5亿亿(1.335 x 10^18)立方米,甚至比不上它的零头。

那么,科学家是如何计算出木卫三拥有如此多的液态水呢?其实这是根据实际探测数据再结合相关理论给出的结果。简单来讲,科学家先是通过探测器传回的数据,计算出木卫三的密度约为1.936克/立方厘米,而如此低的密度就意味着,构成它的物质中有大量的水。

(↑木卫三)

在此之后,科学家根据木卫三的重力场特征、转动惯量等参数,计算出这颗星球有大约60%的岩石物质,而其余的物质则都是水,考虑到木卫三围绕木星公转时,木星引力的潮汐加热作用,以及木卫三的核心可能存在的放射性元素在衰变时释放出的热量,科学家认为,木卫三内部的热量,很可能可以支持水以液态的形式大量存在。

另一方面来讲,木卫三表面广泛存在的水合物也支持这一观点,因为它们只可能在有液态水存在的环境生成,而木卫三表面的温度可以低至零下160摄氏度,根本就不允许液态水的存在,所以一个合理的解释就是,这些水合物形成于木卫三内部的液态水环境,并通过其内部物质的运动来到星球表面。

除此之外,木卫三的极光环震荡现象还提供了更加详细的参考,简而言之,由于木卫三拥有自己的磁场,因此它的极光环会受到木星磁场和自身磁场的双重作用,如此一来,在其围绕木星的过程,随着木星磁场的变化,木卫三极光环的位置就会发生周期性的变化,这就被称为极光环震荡。

从理论上来讲,如果木卫三内部存在液态水,就会部分抵消这种震荡的幅度,液态水越多,抵消的幅度越大。根据理论上的计算,在内部不存在液态水的情况下,木卫三的极光环震荡幅度应为5.8(±1.3)度,而实际探测数据表明,它的震荡幅度其实是2.2(±1.3)度。

所以这就清楚地表明了,木卫三内部存在由大量液态水形成的“地下海洋”,科学家也据此计算出了木卫三的液态水储量,进而确定了太阳系中的这个“超级大水库”的存在。可以想象的是,木卫三如此多的水资源,很可能将会为人类未来的星际探索提供很大的帮助。

顺便讲一下,科学家普遍认为,在木卫三的“地下海洋”之中,应该存在着与地球类似的海底热液系统,而这种系统也被认为是地球生命的潜在起源地之一,因此一个迷人的猜测就是,在那里,或许有外星生命存在。

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