土卫四的重力场与内部结构

在土星系统的任务期间，卡西尼号对土卫四进行了五次近距离飞掠。其中三次在最近点收集了无线电跟踪数据，通过精确确定航天器轨道得以估计完整的二阶重力场。土卫四的重力场以$J_{2}$和$C_{22}$为主，我们的最佳估计为$J_{2} \times 10^6 = 1496 \pm 11$和$C_{22} \times 10^6 = 364.8 \pm 1.8$（非归一化系数，1-$\sigma$不确定度）。其比值为$J_{2}/C_{22} = 4.102 \pm 0.044$，显示出与绕行星慢速同步自转的弛豫体理论值$10/3$的显著偏离（约17-$\sigma$）。因此，无法仅从测得重力场直接反演转动惯量。我们通过结合其重力与地形分析来研究土卫四的内部结构，其地形表现出更大程度偏离流体静力平衡，表明存在某种程度的补偿。土卫四的重力远非未分异流体静力体的预期，因此我们构建了一系列三层模型，并考虑了Airy和Pratt两种补偿机制。解释并非唯一，但土卫四的过剩地形可能暗示某种程度的Airy型均衡，意味着外层冰壳之下存在更高密度、更低黏度的层，例如地下液态水海洋。数据允许广泛的可能性，但最拟合的模型倾向于大的壳层厚度和小的海洋厚度。