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土星巨大的衛星泰坦是太陽系中最引人入勝的星球之一。為什麼？土衛六的身份不僅僅是土星的衛星那麼簡單，因為它幾乎是太陽系除了地球最像地球的行星！
土衛六：生命的希望
2013年1月，美國國家航空和宇宙航行局的卡西尼號飛船拍攝到了土星朦朧的衛星泰坦，當時它距離土星約144萬公裡。那次科學家開始對這顆迷霧般的星球充滿了好奇，原因無它。土衛六和地球一樣，也有一個厚厚的，以氮為主的大氣層，在那裡複雜的化學物質——甚至可能是導致生命的物質甚至可能已經存在。現在，研究人員已經確定，除了太陽系，在太陽系外的系外行星，科學家也觀測到了類似土衛六周圍的薄霧，並且通過下一代太空望遠鏡可以觀測到類泰坦系外行星的煙霧情形。
類土衛六:巴納德之星
雖然大多數的系外行星搜尋的重點是尋找與地球相似的星球，但科學家想要知道，即將到來的儀器是否能夠識別出可能與我們地球截然不同的宜居星球。通過模擬，他們圍繞各種恆星類型建立了類似於泰坦的世界模型。他們認為，如果這些星球離他們的恆星足夠遠，可以讓甲烷凝結，而且水與巖石的比例足夠高，可以向大氣中噴出揮發性化合物，從而形成煙霧，那麼這些星球就會像「泰坦」一樣。
該團隊模擬的第一批恆星之一是巴納德之星(Barnard’s Star)。巴納德之星是一顆鄰近太陽系的恆星，其質量大約是地球的三倍。該系統有一個這個潛在的世界，巴納德星b，位於該系統的冰線附近，在那裡水和其他氣體可以凍結成固體，而像甲烷這樣的物質可以凝固，就像我們太陽系的土衛六。由於觀測條件受到限制，科學不得不利用一些特殊的紅外天文望遠鏡來觀測，例如LUVOIR(大型紫外/光學/紅外探測器)！
LUVOIR太空望遠鏡
LUVOIR是一種多波長的太空望遠鏡，美國宇航局計劃將其作為未來的天文臺觀測儀器。費爾頓是位於華盛頓特區的美國天主教大學的一名研究生。今年1月，他在火奴魯魯召開的美國天文學會冬季半年度會議上公布了這個項目的成果。
研究小組發現，在地球上可以用類似luvoir的儀器看到類似於泰坦的薄霧，對於類泰坦系外行星，其大氣層可以用大型太空望遠鏡來描述。
土衛六：蓬鬆的世界
我們知道土衛六的空氣主要由氮氣、一些甲烷、少量的氫氣和各種其他氣體組成。當氮氣和甲烷氣體上升到土衛六的上層大氣時，陽光和熱量將它們分解，產生更大的分子，在大氣中產生一種類似於地球上大城市上空的煙霧。研究人員推斷，因為霧霾粒子的大小會隨著溫度的變化而變化，所以不同恆星周圍的類泰坦行星應該有不同的特徵。
首先，費爾頓和他的同事們模擬了類似太陽的恆星周圍的世界。雖然這些恆星周圍的世界在霧霾大小和氣體混合物方面與土衛六相似，但有一個重要的區別。雖然泰坦是一顆衛星，但研究人員研究的是行星。
然而，兩者之間的差異相當小。泰坦的寬度大約是地球的40%，質量是地球的2%，但費爾頓表示這不是一個嚴重的問題。有了巖石和水的正確組合，一個地球大小的星球應該能夠在離恆星更遠的地方捕獲氣體，因為那裡的溫度更低。雖然土衛六最終形成了一顆衛星，而不是一顆行星，但是在同一地區缺少氣態巨行星的星系更容易擁有類似泰坦的星球。
當然，時機也很重要。在過去，地球曾經有一層厚厚的霧霾，儘管它可能不像現在的土衛六那麼厚，但這是一個真實的類地行星存在霧的進一步證據。
費爾頓和他的同事們還以溫度較低的恆星為模型，模擬了富含霧霾的世界。其中較低的溫度降低了霧霾到達大氣層的高度，不過費爾頓說，這種差異不應該大到足以影響對這個世界的成像。，不過較低的溫度也影響了霧霾粒子在落地之前的大小。在這些模型中，氣體分子在大氣的頂部結合在一起形成單體，而這些分子可以結合在一起形成聚合物。當它們在空氣中下落時，氣體分子開始聚集在一起，形成不對稱的分形單體。
這些分形讓研究人員頭疼不已，費爾頓表示，自2016年以來，他一直致力於將霧霾建模為分形形狀，而不是球體。直到2019年的感恩節，他才最終實現了將類似泰坦的世界放置在不同類型恆星周圍的模擬，比如紅矮星。
科學家們研究的最暗的恆星是紅矮星，這是一種以大規模的火焰活動而聞名的冷恆星，尤其是在它們年輕的時候。因為紅矮星太暗，行星必須在更近的軌道上運行，才能達到它們在類日恆星周圍所能達到的溫度，這使得它們更有可能被耀斑擊中。而較低的溫度會導致霧層變薄，降低它們保護地球免受外來輻射的能力，可能會影響它們的宜居性。
巴納德星是一顆紅矮星，距離太陽約6光年。2018年，研究人員在附近的暗淡恆星周圍發現了一個潛在的冷卻超級地球。費爾頓說，這顆候選行星的低溫環境可能使它在形成時聚集了類似土衛六的氣體，使它能夠保持今天的薄霧狀態。而在紅矮星和類太陽恆星之間是k星，根據這項新研究，在k -恆星周圍的類泰坦世界可能會形成較低的薄霧，其微粒比類太陽恆星周圍的要小。
有了新一代的太空望遠鏡，天文學家們可以探測這三種類型的恆星周圍富含薄霧的世界。他們收集到的資料可以揭示大量關於這些行星的大氣的信息，幫助研究人員更好地了解一個不同類型的潛在宜居環境，而不是更傳統的類似地球的世界。