发现土卫六的湖泊深度超过300英尺!

发现土卫六的湖泊深度超过300英尺!

在2017年最后一次飞越土星最大的卫星土卫六(泰坦)时,美国宇航局卡西尼号飞船收集到的雷达数据显示,土卫六北半球的小液态湖出奇地深,坐落在山顶上,充满了甲烷。这项新发现发表在2019年4月15日的《自然天文学》上

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首次证实了土卫六上一些湖泊的深度(超过300英尺或100米)及其组成。它们提供了关于液态甲烷降雨、蒸发和渗入钛的新信息。钛是太阳系中除地球外唯一已知表面有稳定液体的行星。

博科园:科学家们已经知道土卫六的水文循环与地球相似,但有一个主要的区别。土卫六没有从海洋中蒸发水分,形成云和雨,而是全部由甲烷和乙烷完成。我们倾向于认为这些碳氢化合物在地球上是一种气体,除非它们在容器中加压。但是土卫六太冷了,所以它们表现得像液体一样,就像地球上室温下的汽油一样。更大的北部海域充满甲烷,但发现北部较小的湖泊主要充满甲烷却令人吃惊。此前,卡西尼号的数据测量了泰坦南半球唯一的主要湖泊安大略湖。

发现甲烷和乙烷的混合物大致相同,乙烷比甲烷略重,其组成中含有更多的碳和氢原子。研究报告的第一作者、加州帕萨迪纳市加州理工学院的卡西尼号雷达科学家马可·马斯托朱塞佩说:每次在土卫六上发现新东西,土卫六就变得越来越神秘。但这些新的量结果有助于回答几个关键问题,我们现在可以更好地理解泰坦的水文。卡西尼号的科学家、纽约康奈尔大学的卡西尼号的合著者乔纳森·鲁宁说:除了土卫六的奇特之处(土卫六具有类似地球的特征,由外来物质雕刻而成)之外,北半球一侧的水文与另一侧的水文完全不同。

这张卡西尼号近红外彩色照片显示了泰坦北极海面上闪耀的太阳。图片:NASA/JPL-Caltech/Univ. Arizona/Univ. Idaho

这就好像你俯视地球北极,你会发现北美液态物体所处的地质环境与亚洲完全不同。在土卫六的东面,有低海拔的大海、峡谷和岛屿。西边是小湖,新测量结果显示,这些湖泊坐落在高山和高原之上。新雷达测量结果证实了之前的发现,这些湖泊远高于海平面,但它们让人联想起一幅新的地貌图像(像台地或纽扣)高出周围景观数百英尺,顶部是深液态湖泊。这些西部湖泊很小,只有几十英里宽,但是非常深,这一事实也告诉了科学家关于地质学的一些新情况:这是迄今为止最好的证据,表明它们很可能是在周围冰基岩和固体有机物化学溶解和崩塌时形成。

在地球上,类似湖泊被称为岩溶湖,它们发生在德国、克罗地亚和美国等地,当水溶解石灰岩基岩时形成。除了对深湖的研究,《自然天文学》上的第二篇论文还帮助解开了土卫六水文循环的更多谜团。研究人员利用卡西尼号数据揭示了他们所称的“瞬时湖泊”。从雷达和红外数据来看,不同的观测结果似乎表明液位发生了显著变化。马里兰州劳雷尔市约翰霍普金斯应用物理实验室的行星科学家、该研究报告的主要作者香农麦肯齐说:最合理的解释是,在液体表面存在一些季节性的变化。

一种可能性是,这些短暂的特征可能是较浅的液体体,在这个季节的过程中蒸发并渗透到地下。这些结果和《自然天文学》上发表关于土卫六深湖的论文支持了这样一种观点,即碳氢化合物雨滋养了这些湖泊,然后这些湖泊会蒸发回大气或排入地下,留下储存在地下的液体储藏库。卡西尼号于2004年抵达土星系统,并于2017年结束了它的任务,它故意潜入土星的大气层,在泰坦表面绘制了超过62万平方英里(160万平方公里)的液态湖泊和海洋。

它利用雷达仪器完成了这项工作,雷达仪器发出无线电波,收集返回信号(或回波),提供有关地形、液体物体的深度和成分信息,以及两个能够穿透卫星厚厚大气层烟雾的成像系统。2017年4月22日,卡西尼号最后一次近距离飞越土卫六,为这项新研究收集了关键数据。这是该任务最后一次观察卫星上较小的湖泊,研究小组充分利用了这一机会。当卡西尼号快速掠过时,从小型湖泊表面收集回声是一项独特的挑战。这是卡西尼号最后一次向土卫六欢呼,这真的是一个壮举!

卡西尼号于1997年10月15日发射。这一壮观的条纹是在卡纳维拉尔角空军基地上拍摄的,前景中有一艘固体火箭助推器。图片版权:NASA

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参考期刊文献:《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-018-0687-6

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