在旅客2號（Voyager 2）旅行近40年之後，美國國家航空暨太空總署（NASA）計畫再次造訪天王星（Uranus），利用一個新的電腦模型探索其衛星，尋找隱藏的液態水海洋。該模型透過分析衛星的自轉擺動來推斷地表下海洋的存在和大小。 這些發現可能會極大地影響我們對銀河系中生命潛力的理解，因為冰巨行星及其衛星可能是普遍存在的棲息地。

美國國家航空暨太空總署（NASA）利用先進的模型探測自轉擺動，試圖發現天王星衛星上隱藏的海洋，從而有可能擴大銀河系中可能存在生命的已知環境。 圖片來源：Doug Hemingway

1986 年，美國國家航空暨太空總署（NASA）的旅行者2 號飛越天王星，捕捉了天王星冰雪覆蓋的大型衛星的清晰影像。 將近40 年後，NASA 正在計劃對這顆遙遠的行星進行一次新的任務，這次任務的目的是確定這些冰衛星的表面下是否隱藏著液態水海洋。

雖然這項任務仍處於早期規劃階段，但德州大學地球物理研究所（UTIG）的研究人員已經在開發一個電腦模型，旨在僅利用太空船的攝影機探測這些隱藏的海洋。

這項研究至關重要，因為科學家們還不確定哪種技術對尋找天王星上的海洋最有效。 確認液態水的存在是當務之急，因為它是生命的基本要素。

新的電腦模型透過分析衛星繞其母行星旋轉時的微小擺動（或稱為搖擺）來工作。 由此可以計算出衛星內部有多少水、冰和岩石。 擺動幅度小意味著月球大部分是固體，而擺動幅度大則意味著冰面漂浮在液態水海洋上。 結合重力數據，該模型可以計算出海洋的深度以及上覆冰層的厚度。

天王星，1986 年由美國太空總署的旅行者2 號太空船拍攝。 天王星及其衛星預計將成為美國太空總署下一次外太陽系重大任務的目標。 資料來源：NASA/JPL-加州理工學院

天王星與海王星同屬於被稱為冰巨行星的一類行星。 天文學家在太陽系外探測到的冰巨型天體比其他類型的系外行星都要多。 UTIG的行星科學家道格-海明威（Doug Hemingway）說，如果天王星的衛星被發現有內部海洋，那就意味著整個銀河係有大量可能孕育生命的世界。

他說：”在天王星的衛星內部發現液態水海洋將改變我們對生命存在可能性範圍的看法。”

UTIG的研究成果發表在《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）雜誌上，將幫助任務科學家和工程師提高探測到海洋的幾率。 UTIG是德州大學奧斯汀分校傑克遜地球科學學院的一個研究單位。

天王星的第四大衛星阿里爾被認為是由岩石和冰組成的。 德州大學地球物理研究所開發的一個新電腦模型可用於探測阿麗埃爾冰面下的液態水海洋。 圖片來源：NASA/JPL

太陽系中的所有大衛星，包括天王星的衛星，都是潮汐鎖定的。 這意味著引力與它們的自旋相匹配，使它們在運行時總是同一面朝向母行星。 不過，這並不意味著它們的自旋完全固定，所有潮汐鎖定的衛星在運作過程中都會來回擺動。 要知道天王星的衛星是否含有海洋，以及如果有的話，海洋的規模有多大，確定擺動的程度將是關鍵。

內部有液態水海洋晃動的衛星，晃動的幅度會比一直都是固體的衛星大。 不過，即使是最大的海洋也只會產生輕微的晃動： 月球在其軌道上運行時，自轉可能只偏離幾百英尺。這仍然足以讓路過的太空船偵測到。 事實上，這項技術以前曾被用來證實土星的衛星恩克拉多斯（Enceladus）有一個全球內部海洋。

動畫展示了天王星的衛星阿里埃爾（Ariel）如何在內部海洋（右圖）與直達核心的固體（左圖）之間搖擺。 動畫中的擺動被誇大了。 UTIG開發的電腦模型可以透過分析擺動並結合其他測量數據，計算出海洋和上覆冰（淺色層）的厚度。 資料來源：Doug Hemingway拓展海洋探測技術

為了釐清同樣的技術是否能在天王星上發揮作用，海明威對天王星的五顆衛星進行了理論計算，並得出了一系列合理的方案。 例如，如果天王星的衛星阿里埃爾擺動300 英尺，那麼它很可能會有一個100 英里深的海洋，周圍是20 英里厚的冰殼。

要探測到更小的海洋，就意味著太空船必須離得更近，或配備更強大的相機。 UTIG研究副教授克里斯塔-索德倫德（Krista Soderlund）說，但是這個模型給任務設計者提供了一個滑動規則，讓他們知道什麼是可行的。

索德倫德說：「這可能是發現海洋或發現我們到達時不具備這種能力的區別。」她沒有參與目前的研究。

索德倫曾與美國國家航空暨太空總署合作研究天王星任務概念。 她也是美國國家航空暨太空總署Europa Clipper任務科學團隊的成員，該任務最近發射升空，搭載了UTIG開發的冰穿透雷達成像儀。

海明威說，下一步是擴展模型，將其他儀器的測量結果納入其中，看看它們如何改善衛星內部的圖像。

編譯自/ ScitechDaily