揭开土坦冰冷断层的奥秘:太空地质之旅

揭开土坦冰冷断层的奥秘:太空地质之旅

科学家们在太阳系冰冷的卫星上发现了走滑断层,类似于加利福尼亚圣安德烈亚斯断层的走滑断层。 当断层壁相互侧向滑动时,就会发生这些断层。 由地球和太空科学家领导的夏威夷大学马诺阿分校的新研究探索并解释了土星最大的卫星土卫六和木最大的卫星卫三上这些地质特征的起源。

“我们有兴趣研究冰冷卫星上的剪切变形,因为这种类型的断层可以通过剪切加热过程促进地表和地下物质的交换,从而可能创造有利于生命出现的环境,”夏威夷大学马诺阿海洋与地球科学与技术学院夏威夷地球物理与行星学研究所研究的主要作者Liliane Burkhard说。

当冰冷的月球围绕其母行星移动时,行星的引力会导致月球表面的潮汐弯曲,从而驱动走滑断层等地质活动。 潮汐应力随着月球与其行星的距离变化而变化,因为月球的轨道可以是椭圆形而不是圆形。

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a)圣安德烈亚斯断层(谷歌地图卫星图像)、(b)木卫三(伽利略SSI)、(c)和土卫六(土卫六卡西尼号SAR-HiSAR全球镶嵌)的走滑断层示例。图片来源:(a)圣安德烈亚斯断层(谷歌地图卫星图像),(b)木卫三(伽利略SSI),(c)和土卫六(土卫六卡西尼SAR-HiSAR全球马赛克)

泰坦,冰冻的海洋世界

土卫六表面极冷的温度意味着水冰就像岩石一样,可以开裂、断层和变形。来自卡西尼号宇宙飞船的证据表明,在冰冻的表面以下数十英里处,有一个液态水海洋。此外,土卫六是我们太阳系中唯一拥有浓密大气层的卫星,它独特地支持着类似地球的水文循环,甲烷云、雨水和液体流过地表以填充湖泊和海洋,使其成为少数可能包含宜居环境的世界之一。

美国宇航局的蜻蜓任务将于2027年发射,计划于2034年抵达土卫六。新型旋翼机着陆器将在地面进行多次飞行,探索各种地点以寻找构建块和生命迹象。

在对蜻蜓任务指定初始着陆点土卫六上的塞尔克陨石坑区域进行调查时,Burkhard和她的合著者探索了剪切变形和走滑断层的可能性。为此,他们计算了月球绕土星运行时潮汐力对土卫六表面施加的应力,并通过检查冻土的各种特征来测试断层的可能性。

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这张木星卫星木卫三的增强图像是在2021年6月7日美国宇航局朱诺号航天器飞越冰冷月球期间由JunoCam成像仪拍摄的。来自该通道的数据已被用于检测木卫三上盐和有机物的存在。图片来源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kalleheikki Kannisto © CC BY

“虽然我们之前的研究表明,土卫六上的某些区域目前可能由于潮汐应力而发生变形,但塞尔克陨石坑区域需要承载非常高的孔隙流体压力和较低的地壳摩擦系数,以进行剪切破坏,这似乎不太可能,”Burkhard说。“因此,可以肯定地推断,蜻蜓不会降落在走滑沟里!”

木卫三,一个有着方格过去的月亮

在第二份出版物中,Burkhard和她的合著者通过检查该地区可用的高分辨率数据并对木卫三的过去进行潮汐应力调查,调查了木星最大的卫星木卫三的地质历史。

木卫三已经记录了地表的走滑断层,但它目前的轨道太圆了,而不是椭圆形,不会引起任何潮汐应力变形。

研究人员发现,Nippur/Philus Sulci遗址的几个横切带显示出不同程度的构造变形,而映射的横切关系所暗示的构造活动年表揭示了三个不同地质活动的时代:古代,中期和最年轻。

“我研究了中龄地形的走滑断层特征,它们在滑移方向上与模拟过去偏心率较高的应力的预测相对应。木卫三可能经历了一个时期,它的轨道比今天更椭圆,“伯克哈德说。

在同一地区较年轻的地质单元中发现的其他剪切特征在滑移方向上与典型的一级剪切指标不一致。

“这表明这些特征可能是通过另一个过程形成的,不一定是由于更高的潮汐应力,”Burkhard补充道。“因此,木卫三经历了一场潮汐般的’中年危机’,但其最年轻的’危机’仍然是个谜。

最近的研究以及太空探索任务创造了知识的积极反馈。

“在发射和到达之前进行这样的地质调查,为任务活动提供信息和指导,”Burkhard说。“蜻蜓、欧罗巴快船和欧空局的JUICE等任务将进一步限制我们的建模方法,并有助于确定着陆器探索最有趣的位置,并可能进入冰冷卫星的内部海洋。

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