土衛六的甲烷是怎麼形成的？

土衛六上的甲烷，基本上不是在土衛六形成星球之後形成的，而是當初形成土衛六的原料中就有大量的甲烷。

甲烷在宇宙中是一種相當常見的物質，在那些最終可能形成恆星及其行星、衛星系統的星雲中是普遍存在的。

宇宙中的元素，主要是氫（大約佔3/4）和氦（大約佔1/4），其餘成分相對氫和氦是非常少的，在這少量的元素中，相對較多的依次是：氧、碳、氖、氮、鎂、硅、鐵、硫……

在星雲中，物質的密度其實是非常低的，比人類在地球上用抽氣機製造的真空密度還要低，因此這些元素的原子並沒有太多的機會遇到另一個原子從而形成分子，多數都是以單原子存在。而在一些附近存在強烈輻射源的星雲中，元素甚至以電離的核與自由的電子的形態（等離子態）存在（參見維基百科：電離氫區）。

儘管密度如此之低，但由於數量及其巨大，所以總會有一些原子找到了「另一半」，結合成分子。從宇宙元素的丰度可以顯而易見地知道，宇宙中最普遍的分子必定是H2；氦是獨身主義者，它不會與其它原子結合。

含量第三的元素是氧，很顯然，由於氧的含量比氫低太多，所以它要麼孑然一身，要麼遇到一個氫原子，形成HO（羥基），或者再遇到一個氫原子，形成水，而一個氧原子遇到另一個氧原子形成氧分子的概率微乎其微（為什麼要說氧分子？看到後面就會明白）。

同樣，碳元素的分子也基本上是以碳氫化合物為主，比如甲烷。基本上很少有CO2這樣的分子存在於星雲中。

這是星雲還沒有坍縮的情況，一旦星雲開始坍縮，步入恆星/行星/衛星系統形成的進程，由於密度越來越高，分子形成會大大加速，基本上，在星球形成之前，所有可以形成分子的原子都已經形成分子了。

有人會問，既然星球形成之前密度越來越高，而且形成過程中由於收縮溫度會非常高，那麼多甲烷為什麼不會燒掉？其實看了前面關於氧分子那一段就能明白，氧原子基本上都被消耗在形成水上面了，在星球形成的全過程基本上沒有游離氧原子或氧分子存在，形成星球（行星、衛星）的原料，大部分都是氫分子、氦原子以及各種氫的化合物，例如水、甲烷、氨，等等。

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比較大型並且離母恆星較遠的行星，例如木星、土星，由於自身引力強大、逃逸速度高，且表面溫度低，基本上能保有形成時的各種原料成分。我們目前看到的木星和土星依然是以氫和氦為主要成分的星球。

較小的或離母星很近的天體（類地行星、衛星），由於引力弱，或者溫度高，其上的氫、氦會被很快剝離，只留下相對較重的元素或分子。

水星非常小，離太陽還最近，基本上所有氣體都被太陽風吹走了，所以水星沒有大氣層。

在金星上，由於質量不夠大而又正好離太陽較近，加上強烈的溫室效應導致溫度奇高，並且正好金星自轉太慢又不能形成磁場，所以不但氫氦被剝離殆盡，連相對較輕的氣體分子例如水、甲烷、氨等也都幾乎被全部吹走。所以金星雖然擁有濃密的大氣層，卻是個極端乾燥的世界。

火星，質量大約只有地球的10%，雖然溫度不高但沒有磁場的保護，所以火星也無法保有甲烷和水。

地球情況就相對複雜一些。首先地球在類地行星中質量最大，對氣體的吸引力也大一些；其次地球有很強的磁場保護層；第三，地球的溫度和大氣壓力，正好使大部分的水處於液體狀態，所以地球能保有大量的水。而甲烷呢？因為沸點太低，在地球的溫度和氣壓下始終是氣態，所以仍然會有較高的流失率；不僅甲烷會流失，在宇宙中含量豐富的氖，在地球上會成為稀有氣體，而在宇宙中相對少得多的氬卻在地球大氣中比氖的含量高了成百上千倍，主要就是因為氖原子太輕而氬原子要重得多。

另一方面，即使地球大氣的甲烷沒有流失完，那麼地球由於綠色植物製造了大量的氧氣，那麼高濃度的甲烷也會很快被氧化掉。太陽系中其它行星和小天體基本上都是還原環境，唯有地球卻是氧化環境。

從類地行星的分析可知，影響行星、衛星大氣成分的主要因素有：質量、溫度、磁場等等，而地球上的氧化環境是特例，不能用到其它星球上。

現在回到土衛六。土衛六是太陽系第二大衛星，比水星還要大一些，但仍然是一個很小的天體；土衛六離太陽平均距離約9.5天文單位，表面溫度平均93.7K(?179.5°C)；土衛六自身沒有磁場，但其運行軌道大部分都位於土星的磁場內，因此能得到較好的保護。綜合以上情況，土衛六能夠保有濃密的大氣層，但形成星球的原始材料中的主要成分氫和氦難以保留，而水、甲烷、氨等卻能很好的保留下來。

在土衛六的溫度和大氣壓下，甲烷正好處於沸點附近，所以土衛六上既有濃密的甲烷大氣層，也有液體的甲烷湖。而在這個溫度下，水和氨已經凍成像石頭一樣堅硬了，所以土衛六上的岩石很可能是由水和氨構成的。

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抱歉，由於時間關係，有些地方表達得不是很清楚，有的語言需要再推敲，等有時間再來修改。

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