土卫六潮汐作用强烈，可能没有地下海洋

卡西尼号探测器于2004年至2017年环绕土星运行，期间对土星卫星进行了多次飞掠探测，其中124次专门针对土星最大的卫星——土卫六（泰坦）。作为太阳系中仅次于木卫三的第二大卫星，土卫六的探测为我们了解其内部结构提供了关键数据。10次飞掠任务重点测量了土卫六的重力场，据此估算出其转动惯量，发现其内部结构分化程度较木卫三弱，主要由约600公里厚的水圈和低密度岩石核心组成，核心可能含有大量水合硅酸盐或有机质。

卡西尼号探测前的研究曾指出，通过测量土卫六的复数潮汐洛夫数k2（包括实部Re(k2)和虚部Im(k2)）可验证地下海洋是否存在。其中，Re(k2)反映土卫六对土星潮汐力的引力响应幅度，若存在全球性流体层（如海洋），其值会显著增大；而Im(k2)则与潮汐耗散相关，能反映潮汐力与响应之间的相位延迟，可用于区分流体层与黏弹性内部结构的影响。早期卡西尼号数据分析得出较高的Re(k2)值（0.616±0.067），被解读为地下海洋存在的证据，但该值是探测前预测的两倍，且解释存在争议（如高海洋密度、强黏弹性响应等）。后续虽有研究得出较低Re(k2)值（0.375±0.060），仍与全球性海洋模型兼容。

此外，土卫六较大的黄赤交角（0.32°±0.02°）也曾被认为可能是地下流体层存在的证据，但后续研究表明，大潮汐形变模型也能解释这一现象。而“惠更斯”号探测器数据中可能由地下海洋引发的舒曼共振信号，也被证实更可能是探测器平台的机械振动。此前对卡西尼号无线电跟踪数据的分析均未能可靠检测出土星潮汐力与土卫六响应之间的相位滞后，无法通过Re(k2)和Im(k2)的组合验证海洋存在。

本研究通过改进的技术（如开环无线电跟踪数据处理、相位平均算法）重新分析卡西尼号辐射测量数据，将数据噪声降低约25-30%，首次精确测量出土卫六k2的虚部Im(k2)=0.135±0.035，对应潮汐品质因数Q≈4.5，表明其内部存在强烈潮汐耗散（约4太瓦，是放射热的10倍以上）。同时测得Re(k2)=0.608±0.048，与此前高值结果一致。重力场模型显示土卫六处于流体静力学平衡状态，二阶带谐与扇谐系数之比J2/C22≈3.316，接近流体静平衡预期值10/3，转动惯量C/MR²=0.343±0.001。

利用贝叶斯反演框架构建有无地下海洋的土卫六内部模型，发现含地下海洋的模型无法同时拟合Re(k2)和Im(k2)（海洋模型最大Im(k2)≈0.05，对应Q≈12，与观测不符），而无海洋模型中，能量耗散集中于高压冰层（冰III、V、VI等）可完美解释所有测量结果。该高压冰层黏度约10¹²帕·秒，接近熔点，可能因强烈对流存在液态水囊。反演得出岩石核心半径约2026公里，密度约2591千克/立方米（含大量水合物或有机质），外层 Ih冰层厚约170公里，与近期“共析点”研究（210兆帕时液态水稳定下限）一致。

土卫六的强潮汐耗散意味着其轨道偏心率（0.0288）将在约3000万年内衰减至零，表明当前轨道状态非原生，可能与约1亿年前土星系统卫星丢失或碰撞事件有关。同时，考虑土卫六内部耗散后，土星的潮汐品质因数Q_S需降至约75以解释观测到的轨道扩张速率。

该研究表明，土卫六水圈底部的高压冰层虽曾被认为是物质能量传输的屏障，但实际存在强烈潮汐耗散，其“泥泞”状态可能形成独特的低温生态位——来自岩石核心的营养流体与表面有机分子通过对流向上传输，类似地球极地海冰生态系统。“蜻蜓”任务的地震探测将通过冰层地震波速差异验证高压冰层结构，未来轨道器可通过潮汐高程变化或自转速率变化进一步检验地下海洋是否存在。