土卫二喷泉的糊状源区机制
地球与行星天体物理
2025-04-29 v2 流体动力学
摘要
由于卡西尼号探测器测得的 羽流喷发物以及由潮汐加热维持的推断地下海洋，土卫二是天体生物学的主要目标。通过从海洋到表面的直接连通来供给羽流，需要贯穿整个冰壳（约 10 km）的裂缝。本文探讨了一种替代机制：较浅的虎纹裂缝内的剪切加热导致冰壳内发生部分熔融，且间隙对流使流体作为喷泉喷出。我们使用理想化的二维多相反应输运模型，模拟由咸冰壳中局部化剪切加热率的上界估计所产生的糊状区域的热力学过程。根据模拟，我们预测了围绕裂缝的壳内糊状区的温度、孔隙率、盐含量、熔融速率和液体体积。我们发现内部熔融速率可与观测到的 喷发速率相匹配，且糊状区内含有充足的卤水体积，可在无额外熔融的情况下维持喷泉约 350 kyr。然而，由于部分熔融，液体卤水的成分与海洋不同。这种用于喷泉形成的剪切加热机制适用于土卫二及其他冰卫星，并对我们理解冰卫星的地球物理过程和天体生物学潜力具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2208.06714,
title = {A mushy source for the geysers of Enceladus},
author = {Colin R. Meyer and Jacob J. Buffo and Francis Nimmo and Andrew J. Wells and Samuel Boury and Tara C. Tomlinson and Jamie R. G. Parkinson and Geoffrey M. Vasil},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.06714},
year = {2025}
}
备注
Main text (11 pages, 3 figures), supplement (16 pages, 7 figures, 1 table). Added new figures and discussion to the supplement