像地球一樣，泰坦有「海平面」湖泊和海洋

科技 01-22

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【博科園-科學科普-留言評論有驚喜哦~( ^_^)】泰坦星是土星的第六顆衛星土衛六，英文名稱「Titan」。約翰·赫歇耳在1847年出版的《在好望角天文觀測的結果》一書中把這顆新衛星命名為泰坦，泰坦在神話中是克龍（即希臘神話中的薩坦-Saturn-土星）的妹妹，泰坦星異常寒冷覆蓋著冰。

由美國宇航局卡西尼號航天器獲得的數據顯示，利格亞馬雷是土星衛星上巨型液體的第二大已知體。它充滿了乙烷，甲烷等液態烴，是泰山北極地區的眾多海洋和湖泊之一。圖片版權：NASA / JPL-Caltech / ASI / Cornell

多虧了卡西尼號任務才了解了土星和它最大的衛星泰坦的一些令人驚嘆的東西。包括其稠密的大氣、地質特徵、甲烷湖、甲烷循環和有機化學。儘管卡西尼號最近通過撞擊土星的大氣層結束了它的任務，但是科學家們仍然對它在土星系統13年里獲得的所有數據進行了大量的研究。現在利用卡西尼數據，由康奈爾大學的研究人員領導的兩個小組發布了兩項新的研究，揭示了關於泰坦的更有趣的事情。在其中一項研究中研究小組利用卡西尼的整個數據集創建了一個完整的土衛六地形圖，在第二組中研究小組發現泰坦的海洋有一個共同的海拔高度，就像在地球上的「海平面」一樣。

這兩項研究最近發表在《地球物理研究快報》上，題為「泰坦在卡西尼任務結束時的地形和形狀」和「泰坦的湖盆的進化和連接的地形限制」。這些研究分別由康奈爾大學的保羅·考利斯教授和助理教授亞歷克斯·海斯領導，其中包括來自約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室、美國國家航空航天局噴氣推進實驗室、美國地質調查局、斯坦福大學和薩皮恩薩大學的成員。

這張由卡西尼號太空船拍攝的土衛六的真彩色圖像顯示了月球濃厚朦朧的大氣層。圖片版權：NASA

多個來源的地形數據是如何結合在一起來創建一個泰坦的全球地圖的。由於只有約9%的土衛六在高解析度地形(以及較低解析度的25-30%)中被觀測到，所以月球的其餘部分用插值演算法繪製。結合一個全球最小化的過程，這減少了從飛船位置等事物產生的錯誤。這張地圖揭示了土衛六上的新特徵，以及全球對月球地形高低的看法。例如地圖顯示了幾座新山脈，最高海拔700米(約3000英尺)。利用這張地圖科學家們還能夠確認赤道地區的兩個位置是由於古代海洋的緣故，而這可能是由於乾燥或低溫火山流造成的。這張地圖還表明泰坦可能比之前認為的要更大，這可能意味著地殼的厚度會有所不同。數據集可以在網上找到，而團隊創建的地圖已經證明了它對科學界的價值。

正如Corlies教授在康奈爾大學的新聞稿中解釋的那樣：工作的重點是創建一個地圖使用的科學界…我們在測量液體表面在另一個身體的海拔10個天文單位遠離太陽的精度約40厘米。因為有如此驚人的準確性能夠看到在這兩個海洋之間的海拔高度變化（大約11米），相對於土衛六的質量中心與引力勢的預期變化一致。我們在測量土衛六的大地水準面。這是地球表面在重力和自轉的影響下所形成的形狀，它與主宰地球海洋的形狀相同。

由NASA的卡西尼號宇宙飛船收集的紅外數據製成的泰坦北部湖泊的偽彩色圖。圖片版權：NASA

展望未來，這張地圖將扮演一個重要的角色，當它的科學家試圖模擬泰坦的氣候，研究它的形狀和重力，以及它的表面形態學。此外對於那些想要測試土衛六內部模型的人來說，這將是特別有幫助的，這是決定月球是否能孕育生命的基礎。就像木衛二和土衛二一樣，人們相信土衛六的地核地幔邊界有液態水和熱液噴口。第二項研究也使用了新的地形圖，是基於卡西尼雷達數據，該數據是在航天器在土星大氣中燃燒前幾個月獲得的。

利用這些數據海耶斯教授和他的團隊確定了泰坦的海洋與泰坦的引力相對立的高度。基本上發現泰坦有海平面就像地球一樣。測量的是另一個天體上的液體表面的海拔高度，從太陽到太陽的高度大約為40厘米。因為有如此驚人的準確性，能夠看到在這兩個海洋之間的海拔高度變化（大約11米），相對於土衛六的質量中心與引力勢的預期變化一致。在測量土衛六的大地水準面。這是地球表面在重力和自轉的影響下所形成的形狀，它與主宰地球海洋的形狀相同。這一共同的海拔高度是重要的，因為土衛六上的液體物體似乎是由類似含水層系統的東西連接起來的。就像水通過多孔的岩石和碎石在地球上的地下流動一樣，在土衛六的冰層下，碳氫化合物也在做同樣的事情。這確保了大型水體之間的轉移，並且它們擁有共同的海平面。

卡西尼在土星的最後時刻墜毀的概念圖。圖片版權：NASA/JPL.

沒有看到任何空湖低於當地的湖泊，因為如果它們低於這個水平就會被填滿。這表明在地下有流動而且相交互流，在土衛六的地下有液態的碳氫化合物。與此同時土衛六上的小湖泊出現在泰坦海平面以上幾百米的高度。這與地球上發生的情況沒有什麼不同，那裡的大湖經常在海拔較高的地方發現。這些都被稱為「高山湖泊」，一些著名的例子包括安第斯山脈的喀喀湖，阿爾卑斯山的日內瓦湖，以及落基山脈的天堂湖。

最後這項研究還揭示了泰坦的絕大部分湖泊都是在邊緣的凹陷處發現的，這些窪地周圍有高高的山脊，其中一些有幾百米高。這裡也有類似於地球上的特徵——比如佛羅里達大沼澤地——它的底層物質溶解並導致地表塌陷，形成地面上的洞。這些湖泊的形狀表明，它們可能以恆定的速度擴張，這一過程被稱為「統一的懸崖」。事實上，南安大略湖的最大湖泊——類似於一系列較小的空湖，結合形成了一個單一的特徵。這一過程顯然是由於季節的變化，南半球的秋天會導致更多的蒸發。雖然卡西尼號探測器不再探測土星系統，但它在多年的任務中積累的數據仍然有結果。在這些最新的研究中，科學家們可能會更多地揭示這一神秘的衛星和塑造它的力量。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：NASA, Cornell University, Geophysical Research Letters

作者：Matt Williams

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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