航海者 2 号航行近 40 年后，NASA 计划重新访问天王星，使用新的计算机模型来探索其卫星隐藏的液态水海洋。

该模型通过分析卫星的旋转摆动来推断地下海洋的存在和大小。这一发现可能会极大地影响我们对银河系生命潜力的理解，因为冰巨星及其卫星可能是常见的栖息地。

航行者号的历史性遭遇和未来计划

1986 年，美国宇航局的航行者 2 号飞越天王星，捕捉到了其巨大的、冰雪覆盖的卫星的颗粒状图像。近 40 年后，美国宇航局 (NASA) 正计划对这颗遥远的行星执行一项新任务，这次是为了确定这些冰冷的卫星表面下方是否存在液态水海洋。

尽管该任务仍处于早期规划阶段，但德克萨斯大学地球物理研究所 (UTIG) 的研究人员已经在开发一种计算机模型，旨在仅使用航天器的相机来探测这些隐藏的海洋。

这项研究至关重要，因为科学家不确定哪种技术最有效地寻找天王星上的海洋。确认液态水的存在是当务之急，因为它是生命的基本成分。

新的计算机模型的工作原理是分析卫星绕其母行星运行时的微小振荡或摆动。从那里，它可以计算出里面有多少水、冰和岩石。较小的摆动意味着月球大部分是固体，而较大的摆动意味着冰表面漂浮在液态水的海洋上。当与重力数据结合时，该模型可以计算海洋的深度和上覆冰的厚度。

了解冰巨星和生命的潜力

天王星和海王星都是冰巨星。天文学家在太阳系外发现的冰巨星比任何其他类型的系外行星都多。开发该模型的 UTIG 行星科学家道格·海明威表示，如果发现天王星的卫星内部有海洋，这可能意味着银河系中存在大量潜在的宜居世界。

“在天王星卫星内发现液态水海洋将改变我们对生命可能存在的可能性的看法，”他说。

UTIG 的研究发表在《地球物理研究快报》杂志上，将帮助任务科学家和工程师提高探测海洋的机会。 UTIG 是德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院的一个研究单位。

卫星振荡力学

太阳系中的所有大型卫星，包括天王星的卫星，都被潮汐锁定。这意味着重力与它们的自转相匹配，因此当它们绕轨道运行时，同一侧始终面向母行星。然而，这并不意味着它们的自旋是完全固定的；所有潮汐锁定卫星在轨道上都会来回振荡。确定摆动的程度对于了解天王星的卫星是否包含海洋以及如果存在的话海洋有多大至关重要。

内部有液态水海洋的卫星会比那些一直是固态的卫星摇晃得更多。然而，即使是最大的海洋也只会产生轻微的晃动：月球在其轨道上运行时，其自转可能只会偏离几百英尺。

这仍然足以被经过的航天器探测到。事实上，这项技术之前曾被用来证明土星的卫星土卫二内部有一个全球性海洋。

拓展海洋探测技术

为了弄清楚同样的技术是否适用于天王星，海明威对天王星的五个卫星进行了理论计算，并提出了一系列看似合理的场景。例如，如果天王星的卫星 Ariel 摆动 300 英尺，它可能有一个 100 英里深的海洋，周围有 20 英里厚的冰壳。

探测较小的海洋意味着航天器必须靠近或配备更强大的相机。 UTIG 研究副教授克里斯塔·索德伦德 (Krista Soderlund) 表示，该模型为任务设计者提供了计算尺，以便他们知道什么是可行的。

“这可能是发现海洋或到达时发现我们不具备这种能力之间的区别，”索德伦德说，他没有参与当前的研究。

索德伦德曾与美国宇航局合作研究天王星任务的概念。她也是 NASA 欧罗巴快艇任务科学团队的一员，该任务最近发射并携带了 UTIG 开发的破冰雷达成像仪。

道格·海明威表示，下一步是扩展该模型，将其他仪器的测量结果纳入其中，看看它们如何改善卫星内部的图像。

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