土衛六「泰坦」上的「湖泊」消失之謎：「幽靈湖」證明季節變化存在

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土衛六「泰坦」是太陽系內最有趣的衛星，但這並不意味著對「泰坦」的研究可以直截了當。這顆衛星向科學家拋出了很多難題。「卡西尼」號飛船曾發現三個疑似液態湖的小規摸地貌特徵。但當這艘飛船重返這一區域時，湖水已經乾涸。觀測結果表明這些液體要麼蒸發，要麼滲入周圍區域。這些「幽靈湖」的存在證明土衛六有季節變化。

在土衛六「泰坦」的北半球，科學家發現無數小湖，南半球則只發現一個大湖

在地球上，雨水落到池塘、溪流、湖泊和海洋，而後滲入周圍的岩石並蒸發。這些水蒸汽最後又以雨水的形式降落地表。土衛六「泰坦」也會下雨，但並不是水，而是液態甲烷。

科學家發表了兩篇新論文，闡述了土衛六上這種怪異的無水版「水循環」是如何產生的。為了揭示這種循環，兩支研究小組將目光投向「卡西尼」號飛船獲取的數據。2017年9月，這艘飛船以「自殺」的方式結束土星系統勘測任務。服役期間，「卡西尼」號曾100多次飛掠土衛六，獲取了這個奇異世界的大量重要觀測數據。

「卡西尼」號獲取的土衛六近紅外圖像，北極海洋反射陽光

「卡西尼」號的觀測數據幫助科學家得出了一些引人注目的發現。他們得以第一次瞥見土衛六表面的液體，而不僅僅是揭示液體存在的少許特徵。美國宇航局噴氣推進實驗室的行星學家羅薩利·洛佩斯表示：「『泰坦』是太陽系內除地球外唯一一個地表覆蓋大面積液體的世界。有些人喜歡將『泰坦』稱之為『太陽系外側的地球』。」洛佩斯參與了「卡西尼」號任務，但並沒有參與兩篇新論文的撰寫。

其中一篇研究論文的主執筆人、約翰斯·霍普金斯大學應用物理學實驗室的行星學家沙儂·麥克凱澤表示：「『泰坦』是太陽系內最有趣的衛星。研究『泰坦』讓我們遭遇很多挑戰，但我認為一切都是值得的。我們不能直截了當地對『泰坦』進行研究。這顆衛星向我們拋出了很多難題。」

「卡西尼」號飛船獲取的圖像，展示了土衛六「泰坦」北半球的湖泊和海洋。

土衛六是太陽系內除地球以外唯一一顆地表存在穩定液體的星球。土衛六上的湖泊和海洋主要由甲烷和乙烷構成

麥克凱澤對一個潛在難題進行了分析。「卡西尼」號飛船曾發現三個疑似液態湖的小規摸地貌特徵。但當這艘飛船重返這一區域時，湖水已經乾涸。觀測結果表明這些液體要麼蒸發，要麼滲入周圍區域。

麥克凱澤和其他論文作者認為這些「幽靈湖」可能是土衛六存在季節變化的證據。「卡西尼」號的兩次觀測間隔7年。在此期間，土衛六的北半球從冬季變成春季。不過，情況或許並不這麼簡單，因為兩組觀測數據由不同儀器獲取。在設計上，「卡西尼」號使用雷達或者紅外相機收集數據，而不是兩個儀器「雙管齊下」。第一次飛掠時，因為成像區域太暗，無法使用相機。

藝術概念圖，「卡西尼」號造訪土星系統

麥克凱澤必須將觀測儀器的變更作為一個潛在變數。不過，她仍舊相信兩次飛掠期間發生了一些變化。這片區域可能一度存在大量液體，隨後又消失蹤影。如果兩次飛掠發現的信號差異由其它現象導致，仍能為科學家提供線索，以進一步了解這顆奇異的衛星。長久以來，科學家便在搜尋地外生命跡象，土衛六正是熱門候選星球之一。

麥克凱澤說：「如果我們在土衛六表面發現了某種新物質，仍舊是一項非常有趣的發現，因為『泰坦』上的沉積物對前生命化學過程具有重要意義。」儘管麥克凱澤只將目光聚焦於疑似消失的三個小湖。「卡西尼」的觀測區域內實際存在大量湖泊。在第二篇論文中，科學家闡述了如何利用雷達數據對一些面積更大的湖泊進行研究。

「卡西尼」號獲取的雷達數據揭示了土衛六液態甲烷/乙烷海洋的深度

2017年4月，「卡西尼」號最後一次飛掠土衛六時，這艘飛船奉命收集湖區的一種特殊類型數據，即測高學數據，用於測算不同物質的高度。加州理工學院行星學家馬克·馬斯特洛吉斯珀曾用類似數據測算土衛六液態海洋的深度。「卡西尼」號項目組希望對湖泊進行同樣的測算。

根據馬斯特洛吉斯珀及其同事的測算，土衛六某些湖泊的深度超過100米，主要由液態甲烷構成。他說：「我們發現這些湖泊的構成與土衛六上的液態海洋非常類似。我們認為這些湖泊由當地的『降雨』進行補給。在盆地內，『湖水』最終消失蹤影。」這說明土衛六的地下可能存在另一個與地球類似的地貌——洞穴。

「卡西尼」號的觀測表明土衛六表面存在一個巨大的湖泊。

土衛六表面的液體主要是甲烷（黑色），固態表態則由水冰（金色）構成

在地球上，很多洞穴由水溶解周圍的岩石（例如石灰岩）形成。這個過程會造就喀斯特地貌。喀斯特地貌以泉水、含水層、洞穴和落水洞為主要特徵。對土衛六湖區進行研究的科學家認為，他們發現了類似的喀斯特型地貌特徵。不過，他們並未發現將各種液體相關地貌連接在一起的渠道，這也就是為什麼馬斯特洛吉斯珀和其他科學家懷疑某些液體可能滲入周圍岩層，就像地球上的喀斯特地貌一樣。

洛佩斯說：「『泰坦』是一個在地質上與地球類似的世界。研究液態湖泊和海洋與地質特徵之間的交互是我們此前無法做到的。」在土衛六「泰坦」上，科學家發現了這種交互並展開研究。不過，這種研究要面臨很大難度，畢竟「泰坦」並不是「卡西尼」號任務或者其它任務的首要目標。

「蜻蜓」任務藝術概念圖

洛佩斯說：「我們正在討論的潛在探索任務，派遣機器人探測器鑽進土衛六和火星的熔岩管和洞穴。也許在將來的某一天，我們便會派遣機器人勘測外星球的熔岩管和洞穴，看看能夠在這些地下世界得出怎樣的發現。」

這種勘測任務不可能在近期內成為現實。現在，美國宇航局正謀劃一項名為「蜻蜓」的計劃，旨在派遣無人機勘測土衛六。如果付諸實施，「蜻蜓」任務將於2025年發射，9年後抵達土衛六。如果宇航局不選擇「蜻蜓」計劃，其它任務設想便有了實施機會。麥克凱澤說：「土衛六是一顆很酷的星球，我們有必要再度造訪。」

4月15日，《自然·天文學》雜誌刊登了麥克凱澤和馬斯特洛吉斯珀的論文。

來源：漫步宇宙

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