卡西尼號數據又有新發現，土衛六為什麼有充滿甲烷的湖泊？

2020-10-18 博科園

使用美國宇航局卡西尼號太空飛行器的雷達數據，最新發表的研究提出了一個新場景，來解釋為什麼土星的衛星土衛六（泰坦）上一些充滿甲烷的湖泊，被高達數百英尺的陡峭邊緣所包圍。這些模型表明，變暖的氮氣爆炸在土衛六地殼中形成了盆地。土衛六是太陽系中除地球之外唯一已知在其表面有穩定液體的星體。但在泰坦上，天文學家認為是氣體甲烷和乙烷碳氫化合物在泰坦寒冷的氣候中表現為液體，而不是像地球上那樣從雲層中傾瀉而下，充斥著湖泊和海洋。

大多數現有模型揭示了泰坦湖泊的起源，顯示液態甲烷溶解了月球的冰基和固體有機化合物，形成了充滿液體水庫。這可能是泰坦上有尖銳邊界的一種湖泊起源。在地球上，通過溶解周圍的石灰巖而形成類似的水體被稱為巖溶湖。一些較小湖泊(幾十英裡寬)的新替代模型顛覆了這一理論：提出泰坦地殼中的液氮口袋變暖，轉化成爆炸性氣體吹出火山口，然後充滿液態甲烷。新理論解釋了為什麼泰坦北極附近一些較小的湖泊，如溫尼伯拉庫斯，在雷達成像中似乎有非常陡峭的邊緣，高聳在海平面之上，邊緣很難用巖溶模型來解釋。

這些雷達數據是由「卡西尼號土星軌道器」(Cassini Saturn Orbiter)收集，該任務由美國宇航局(NASA)位於加利福尼亞州帕薩迪納市的噴氣推進實驗室管理。這是該太空飛行器最後一次近距離飛越土衛六時收集的數據，當時該太空飛行器正在為兩年前最後一次進入土星大氣層做準備。由義大利G.d『Annunzio大學Giuseppe Mitri領導的一個國際科學家小組確信，巖溶模型與在這些新圖像中看到的不一致。邊緣上升，巖溶過程以相反的方式工作，但沒有找到任何與巖溶湖盆地相吻合的解釋。

實際上，形態更像是一個爆炸隕石坑，環形山的邊緣是由從火山口內部噴射出來的物質形成，這是一個完全不同的過程，其研究發現發表在《自然地球科學》期刊上。與其他泰坦氣候模型的網格顯示，與較早的泰坦「冰河時代」相比，土衛六可能是溫暖的。在土衛六過去的五億年或十億年裡，其大氣中的甲烷起到了溫室效應作用，使土衛六保持相對溫暖，儘管以地球的標準來看仍然很冷。長期以來，科學家們一直認為，土衛六已經經歷了冷卻和變暖的時代，因為甲烷被太陽驅動的化學物質耗盡，然後再補充。

在較冷的時期，氮氣主導了大氣，向下降雨，並通過冰冷的地殼循環，在地表下方的水池中聚集。這些有著陡峭邊緣、凸起邊緣的湖泊將成為泰坦歷史上表面和地殼中存在液氮時期的路標。即使是局部變暖，也足以將液氮變成水蒸氣，導致液氮迅速膨脹，並吹出一個火山口。對於那些小湖泊周圍陡峭的邊緣，這是一個完全不同的解釋，這一直是一個巨大的謎團，隨著科學家們繼續挖掘卡西尼號數據的寶藏，將能繼續把越來越多的拼圖拼湊在一起。在接下來的幾十年裡，會越來越好地理解土星系統。

博科園｜文：Alana Johnson/phys

參考期刊《自然地球科學》

DOI: 10.1038/s41561-019-0429-0

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