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來源：互聯網

土衛二（Enceladus），又名恩克拉多斯，是土星的第六大衛星，其平均直徑505km。土衛二為扁平的橢球體，同時它也是太陽系中反照率最高的天體。土衛二于1789年被威廉·赫歇爾（William Herschel）發現。1847年，約翰·赫歇爾（John Herschel）以希臘神話中的巨人恩克拉多斯為土衛二命名。

土衛二的表面有多種類型的地形：撞擊坑地形、平滑地形、山脊地形（常與平滑區域接壤）、線性裂縫、陡坡、槽谷與溝壑。其南極和北極地區的地形截然不同。南極洲區的地形是土衛二表面最年輕的地形之一，而北極附近的地形是土衛二表面上隕石坑最多、最古老的地形之一。科學家研究表明，土衛二內部由巖石核心、地下海洋和冰殼組成。土衛二的大氣層來源歸因于周期性的低溫火山活動，其主要由91%的水汽、4%的氮、3.2%的二氧化碳和1.7%的甲烷組成。土衛二是太陽系中唯一已知可以影響其母星化學成分的衛星。研究表明，土衛二排出的水最終約有3~5%落入土星。

20世紀80年代，旅行者1號探測器和2號航天器先后對土衛二進行了掠飛觀測。2004年，卡西尼號開始環繞土星運行，曾23次近距離飛越土衛二，獲得了該衛星表面及其環境的大量數據。2023年6月，《自然》雜志發表的一項研究表明，科學家首次在土衛二的液態海洋中發現了高濃度的磷。該研究意味著土衛二集齊了構成生命所需的六大基本元素。

發現與命名

1789年8月28日，被英國天文學家威廉·赫歇爾爵士（William Herschel）通過一臺焦距40英尺、孔徑4英尺的大型反射望遠鏡發現了土衛二。土衛二是威廉·赫歇爾發現的土星兩顆衛星中的第一顆。在這兩年前，他曾用6.5英寸孔徑的小望遠鏡觀測到土衛二。

土衛二以希臘神話中的巨人恩克拉多斯（Enceladus）命名。威廉·赫歇爾（William Herschel）的兒子約翰·赫歇爾（John Herschel）在他1847年出版的《好望角的天文觀測結果》（Results of Astronomical Observation made at the Cape of Good Hope）中提出了恩克拉多斯這個名字。當時，他正在為已發現的土星前七顆衛星命名。土星衛星的英文名稱都以希臘神話中的巨人來命名，約翰·赫歇爾選擇這些名字是因為Enceladus和Mimas等是土星所代表的克洛諾斯（希臘神話中土衛六族領袖）的兄弟姐妹。另外，根據國際天文學聯合會（IAU）為土衛二制定的命名規則，其地表特征均以經典故事中的人物和地點命名。

特征

基本特征

土衛二比土衛六小10倍，是土星的第六大衛星，其平均直徑505km，只有月球直徑的1/7。土衛二為扁平的橢球體，比它小的除了土衛一（直徑390km）之外，其他的土星小衛星均為不規則形狀。土衛二的大小相當于0.0395個地球（或0.1451個月球），但其質量僅為1.08×1020千克，土衛二的平均密度為1.61克/厘米3，高于土星其他中型冰質衛星，這表明其組成中含有更高比例的硅酸鹽和鐵。土衛二最大的特點是反照率高達100%，是太陽系中反照率最高的天體。因此，其表面溫度僅-201°C。土衛二表面大部分為水冰覆蓋，平均溫度為75K，最高溫度達145K。土衛二的運行軌道位于土星E環的稠密處，一般認為，E環主要由土衛二地表所噴射出的顆粒組成。該衛星的軌道離心率很低（0.0047），并以平均距離（半長軸237,948公里）繞土星運行，且位于土衛一和土衛三的軌道之間。與土星的其他大型天然衛星相似，土衛二以同步自轉方式繞土星運行，距離土星238000公里，且始終固定一面朝向土星。土衛二的公轉周期和自轉周期都是32.9小時（即1.370218世界地球日）。該衛星還會出現受迫擺動現象——即相對于土星其他衛星產生視振蕩，這種擺動可能也為土衛二提供了內部熱源。

地表特征

土衛二的表面有多種類型的地形：撞擊坑地形、平滑（年輕）地形、山脊地形（常與平滑區域接壤）、線性裂縫、陡坡、槽谷與溝壑等。對撞擊坑地形、平滑平原及其他特征的勘測表明，其表面重塑程度暗示構造運動在土衛二地質歷史中起著重要作用。

光滑的平原主要由新鮮潔凈的冰構成，這使土衛二可能擁有太陽系中反射率最高的表面（視覺幾何反照率達1.38）。這些區域隕石坑稀少，表明其地質年齡可能不足數億年。此外，這些區域相對年輕的特征，表明其在低溫火山活動和其它過程下積極地更新表面。

而較古老的地形不僅布滿隕石坑，還被觀測到存在大量裂縫——這表明自隕石坑形成以來，地表經歷了廣泛變形。部分區域呈現無隕石坑地帶，暗示地質學近期曾發生過重大表面重塑事件。裂隙、平原、波紋狀地形及其他地殼變形現象也印證了土衛二仍存在地質活動。關于土衛二存在地質活動的證據還來自其溝槽地形，包括由彎曲構造和山脊組成的帶狀區域，這些地形常將平坦平原與隕石坑區分隔開來。另一種證據是深裂縫，它們通常呈帶狀橫穿隕石坑區，其形成很可能受到撞擊坑產生的松散風化層薄弱帶的影響。

土衛二上另一重要構造特征之一是裂谷峽谷，這種地質構造形成時間較晚。它們可長達200公里、寬5~10公里、深1公里。由于其橫切其他地質結構，因此在峽谷峭壁表面顯得輪廓分明、起伏陡峭。線性溝壑同樣可見于其他地形之上，例如槽脊帶。與深邃裂谷相似，它們是土衛二表面最年輕的地貌之一。但部分線性溝壑已如周邊環形山一般變得平緩，表明其形成年代更為久遠。土衛二上還觀測到高達一公里、分布范圍相對有限的山脊結構。

土衛二還有著著名的“虎紋”特征——一系列被冰層包圍的裂縫。南極地區一系列兩側以山脊為界的裂縫，周圍環繞著粗粒水冰。這些裂縫可能是該區域最年輕的地貌特征。加之該區域缺乏撞擊坑，進一步證明了土衛二有地質活動的存在。

南極地區

南半球地圖顯示，一條隕石坑地形帶從赤道向南延伸。在南緯約55度的兩極地，隕石坑地形被打斷，取而代之的是明顯斷裂的極地地形，幾乎沒有撞擊坑。與非常古老的北極地形相比，南極地形是土衛二表面最年輕的地形之一。在南極地區內有一組突出的平行“條紋”，這些“條紋”由裂縫組成，這些裂縫由每個裂縫兩側相對深色的標記劃定。平行裂縫的一個有趣的特性是，每個裂縫似乎都在其最西端的段向后轉，就好像它已經“彎曲”成鉤狀曲線一樣。在整個南半球地區都可以找到類似的裂縫，這是南極地形的獨特特征。

北極地區

北極附近的地形特征與南極洲附近的差異很大。北極附近的地形是土衛二表面上隕石坑最多、最古老的地形之一。北半球地圖顯示，一條寬的隕石坑帶從面向土星一側的赤道延伸到極點，并延伸到背向土星一側的赤道。土衛二前側和后側赤道和中緯度附近的地形沒有那么多隕石坑，其特征是有強烈的斷裂帶和斷層帶。

內部結構

土衛二內部已基本分異為地質活躍的核心和冰質地幔（殼），兩者之間還夾著一層液態水海洋。

土衛二南極地區有強烈的羽流（Plume），暗示了外層冰殼下的內部有液態水海洋。對影像、質譜和磁層數據的綜合分析表明，觀測到的南極洲羽流源自受壓的地下腔室。卡西尼探測器還在南極地區探測到內部熱量逃逸的現象。這些溫度過高，無法歸因于太陽加熱，再加上間歇泉活動，似乎表明該行星內部仍在地質活動

然而，通過對土衛二重力、形狀和振動數據比較發現了關于海洋/冰界面深度和海洋總體積出現了矛盾。因此研究人員提出了一個由巖石核心、內部海洋和冰殼組成的內部結構模型，該模型同時滿足重力、形狀和振動數據。研究表明，通過考慮等靜壓補償可以協調數據。該模型預測核心半徑為180-185公里，海洋密度至少為1030千克/米3，冰殼平均厚度為18-22公里。在南極地區，兩極的冰層厚度減少到不到5公里。

巖石核心

核心是由松散、易變形的多孔巖石制成的，水很容易滲透。因此，來自海洋的低溫液態水可以滲透到核心，并隨著深度的增加，通過滑動巖石碎片之間的潮汐摩擦逐漸升溫。在潮汐摩擦的作用下，多孔內核中有效的巖石水相互作用可能會在數千萬至數十億年內產生巨大的熱量。

冰殼

冰殼的厚度是變化的，平均冰殼厚度在18~22km之間，對應的南極洲的最小厚度分別為1.5~5km。南極冰層厚度的減少與南極中部地形的變化相關，該地區以外的冰殼逐漸增厚。北極地形的冰殼厚度也會隨地形變化減少，但不那么明顯。

地下海洋

卡西尼號在2010年12月測得的重力數據顯示，土衛二的冰凍表面下可能有一個液態水海洋，海洋頂部可能位于30~40km厚的冰殼下。南極的海洋可能有10km深。后來發現土衛二繞土星運行時存在“擺動”，提示整個冰殼與巖石核心是分離的，因此地表下應存在一個全球海洋。這個全球海洋的深度為26~31km。也就是說，土衛二的海洋被夾在數十公里厚的冰層與地核之間。

由于土衛二與土衛四的共振激發了其軌道偏心率，而潮汐力會抑制這種偏心率，導致其內部發生潮汐加熱。這為其地質活動提供了可能性。同時也表明其內部海洋越靠近核心，溫度越高。研究表明，其pH值呈堿性，范圍為11至12。這種高pH值（堿性）被解釋為球粒隕石蛇紋石化的結果，該過程會導致分子氫的生成。這種地球化學能源可以被產甲烷微生物代謝，為生命提供能量。內部咸水海洋的存在、能量來源以及簡單有機化合物，都表明微生物可能更靠近核心區域，那里水溫較高且存在生命的基本構建單元。

相關探測

旅行者1號探測器

1980年11月，“旅行者1號”探測器從距離土衛二20萬km處掠飛觀測，觀測到土衛二有一個光滑且高反射率的外表，幾乎不存在地形特征。其軌道位于土星E環最稠密的部分，表明兩者之間可能存在某種聯系。

旅行者2號探測器

1981年8月，“旅行者2號”探測器從距離土衛二8萬km處掠飛，發現盡管土衛二體積不大，但其表面既存在古老的撞擊坑構造，又存在較為年輕的、地質活動所造成的扭曲地形構造。而且土衛二表面存在明顯的地質活動。

卡西尼號探測器

美國航空航天局（NASA）的卡西尼號探測器于1997年10月從地球發射升空，并于2004年進入土星軌道對土衛二進行近距離掠飛觀測（最小距離約50km）。卡西尼號曾23次近距離飛越土衛二，獲得了該衛星表面及其環境的大量數據，解開了衛星一號探測器探測之后留下的諸多疑團。研究人員認為土衛二存在地質噴發活動，星體表面以下有大量液態水，在噴發羽狀物中發現了特殊化學成分。自2005年起，卡西尼號的發現使科研人員將土衛二提升至與火星和木衛二并列的地位——它們被視為太陽系中除地球之外最有可能存在生命跡象的場所。

2005年2月，卡西尼號開始研究土衛二。當時該航天器在距離其1,167公里的范圍內飛過。航天器的磁力計（MAG）檢測到土衛二上方空間存在磁場的局部彎曲，但磁場線只出現在南極。與此同時，航天器的宇宙塵埃分析儀（CDA）檢測到了數千個塵埃大小的顆粒。卡西尼號的攝像頭還觀測到南極附近有一些線性特征物體，它們的顏色與冰面其他部分不同，這表明它們的地質年齡較年輕。當卡西尼號在次月第二次飛過土衛二時，磁力儀再次檢測到彎曲效應以及磁場中的振蕩。通過帶電離子的振蕩頻率可知，帶電離子是電離的水粒子。7月14日，卡西尼號調整飛行路徑，以僅175公里的高度掠過土衛二表面，進一步觀測到其南極洲區域幾乎不存在石隕石撞擊坑。卡西尼號的成像相機還拍到了無數房屋大小的冰礫散布在表面，斷層與山脊在冰原上縱橫交錯。而這些冰礫正是由衛星冰殼活動所形成。種種跡象表明，土衛二南極區域擁有最新形成的地表。通過卡西尼號，科學家還發現南極上空有一片異常稠密的水蒸氣和冰粒云，證實了土衛二是土星E環物質的主要來源。冰冷的水顆粒和氣體以大約每秒400米的速度從土衛二表面噴涌而出。連續的火山噴發在土衛二周圍產生了巨大的細小冰塵暈，為土星的E環提供了物質。不過，只有一小部分物質最終進入了E環，其中大部分物質像雪片一樣落回土衛二表面，使土衛二保持亮白色。同時，卡西尼號發現，在土衛二赤道地區，陽光照射最為直接，地表平均溫度為零下193攝氏度。南極地區雖然接收的陽光更少，但實際測量顯示，該區域平均溫度為零下188攝氏度，反而略高于赤道。那些“虎紋”線性斷裂帶，局部溫度甚至達到零下163攝氏度，比赤道區域高出70度。這說明土衛二充滿地質活力。截至2006年3月，卡西尼號航天器傳回的圖像顯示土衛二釋放的物質遠超預期，且速度極快。對于其上方水云產生的原因，科學家排除了彗星假說。2007年10月，卡西尼號傳回的數據讓科學家確定，這些噴流基本上全部源自四條虎紋狀裂縫，且幾乎都來自紅外光譜儀測得的溫度最高區域。

在2008年和2009年的三次卡西尼號飛越土衛二期間，離子與中性粒子質譜儀（INMS）對羽流中的顆粒和氣體進行了分析，其中包含水蒸氣、二氧化碳、一氧化碳和有機化合物質，所有物質的密度均遠高于科學家的預期。在飛掠過程中，CIRS儀器繪制了新的南極洲高分辨率熱圖，發現虎紋裂縫幾乎從頭到尾都比周圍地表溫度更高。光譜儀檢測到部分區域地表溫度達到零下93攝氏度，比之前測量的溫度還要高。卡西尼號拍攝的相片顯示虎紋狀裂縫深約300米，內壁呈V形。其宇宙塵埃分析儀測量了土衛二新噴出的羽流顆粒的成分。冰冷的粒子以6.5~17.5公里/秒的速度撞擊探測器目標，并迅速蒸發。然后，儀器內部的電場對分離出的撞擊云的各種成分進行分析。經過計算機處理后的圖像數據顯示，在遠離土衛二的地方，噴出的顆粒相對較小，而且大多是少鹽的，與E環的組成比較匹配；在靠近土衛二的地方則是相對較大的、富含鹽分的冰粒為主。而卡西尼號的INMS儀器發現了氨的確鑿證據，這進一步證實了液態水的存在。

隨后在2010年10月，解析卡西尼號數據的科學家們在計算土衛二圍繞土星運行時，地殼中如何產生潮汐應力的過程中，發現將土衛二應力最強的預測位置與紅外光譜儀測繪學出的熱區進行比對，二者并不吻合。研究人員認為產生這種差異的原因，可能是這顆衛星在自轉時會發生擺動。

2012至2013年間，卡西尼號科學家逐漸發現引力應力與土衛二噴流變化之間存在關聯。與太陽系所有行星和衛星一樣，土衛二的運行軌道并非正圓，而是呈橢圓形。當這顆衛星繞土星運行時，與土星距離時近時遠產生的引力應力會導致其表面"虎紋"裂縫不斷開合。

2015年10月28日，卡西尼號飛行到距地49km處，并穿過一個羽流。光譜儀檢測到分子氫，被認為是當時海底正在發生的熱液活動所產生的。

2018年6月的科學報告指出，在卡西尼號軌道飛行器抽樣的土衛二噴氣羽流中檢測到復雜的大分子有機物，這表明其潛在的熱液活動驅動了復雜的化學反應發生。

自然景象

土衛二上的夜空

從土衛二上觀測，土星占據著近30°的視角，比從地球上觀測到的月球的視角大60多倍。此外，由于土衛二的自轉與公轉同步，造成土衛二永遠都由同一面面向土星，所以土星在土衛二的夜空中從不移動（除了由于軌道異常所造成的微小變化），而在土衛二背對著土星的那一面，則永遠都看不到土星。土星光環的可觀測視角只有0.019°，看起來就像一條明亮的細線橫穿土星的圓盤，不過它落在土星盤面上的陰影則可以被清楚地辨認出。就如同在地球上觀測到的月球一般，土衛二上觀測到的土星也有定期的相的變化，其從虧到贏要經歷一個16小時的周期。與此同時，太陽則只占據著3.5'的視角，比從地球上觀測到的月球的視角小了9倍如果一個觀測者在土衛二上進行觀測，那么平均每過72小時，他就能觀測到土衛一（位于土衛二軌道內側的最大衛星）運行至土星前面。土衛一的視角接近于月球，最大時為26'；而土衛十三和土衛三十二大小則如同星星；土衛三的最大視角能略超過1°，比月球的視角大一倍，但只有在其最靠近土衛二時從土衛二的背向土星面才能看到。