太陽系未解謎:土衛六泰坦湖中時隱時現的“魔島”
土星最大的衛星-土衛六是太陽系最特殊的星球之一,甚至有人懷疑那裡有著和地球完全不同的生命體。土衛六是太陽系第二大的天然衛星,是咱們月球的1.5倍大,比它大的是木衛三。但衛星命名的人員卻把「泰坦」(希臘神話中的巨人)這個名字給了土衛六,木衛三被命名為「伽倪墨得斯」(希臘神話中為眾神酌酒的美少男)。
圖:地球、月球和泰坦
我沒有查到這個命名具體是根據什麼來的,不過泰坦星(或土衛六)絕對比木衛三有趣許多。
它是太陽系已知唯一一顆擁有稠密大氣層的衛星,其地表大氣壓力比地球還高約60%,人站在泰坦星的表面受到的壓力相當於在海底15公尺的樣子。
最獨特的地方,泰坦星是太陽系中唯一一顆已知具有類似地球循環系統的星球,液體從雲層中下雨,流過星球表面,然後填充湖泊和海洋,最後又蒸發回到天空並繼續循環。
有強烈的證據表明,那裡也存在明顯的板塊運動,就天體層面來看,泰坦星是「生機勃勃」的。
圖:泰坦上由甲烷組成的極地雲(左)與地球上由水或水冰組成的極地雲(右)
不過,泰坦星河流、湖泊和海洋中流淌和循環的液體並不是水,而是液態甲烷和乙烷,那裡足夠寒冷,讓這些化學物質以液態的形式存在,並雕刻整個星球。
泰坦星有許多奇怪到難以解釋的現象,其中最奇怪的現象之一出現在雷達圖像中,人們可以看到液體表面的亮點經常不斷變化,這種現象持續幾個小時到幾週,或更長時間。
由於這些亮點在泰坦海洋中就像是一座突然出現的島嶼,然後隨著時間推移而消失,因此被稱為“魔島”。
在紅外光下看到陽光照耀在泰坦海域之一NASA / JPL-Caltech / University of Arizona
「泰坦魔島」最早是在2014年由卡西尼-惠更斯號首次發現,由於過於魔幻,同時又出現在一個特殊的星球上,所以這種現像一經發現就引起了廣泛關注,科學家們為此做了很多研究。
最初有些研究顯示這些短暫的「魔島」可能是由波浪引起的幻影島嶼,也有研究指出可能是由懸浮固體、漂浮固體或氮氣氣泡組成的真實島嶼。
不過,沒有人給出確切的證據,直到最近,一篇發表在《地球物理研究快報》雜誌上的文章,排除之前的一些可能性,並給出了自己的答案:“泰坦魔島”可能是蜂窩狀碳氫化合物「冰山」。
這個科學團隊首先排除,「魔島」不可能是波浪幻影,因為隨著觀察的深入,泰坦星海洋、湖泊並沒有像地球上一樣波濤洶湧,泰坦的波浪只有幾毫米高,那裡的海洋、湖泊,甚至河流都相當光滑。
所以,「泰坦魔島」只能是固體物質。
泰坦有機物循環,圖源:餘馨婷
泰坦星主要的液體循環(甲烷、乙烷)和地球上的水循環沒什麼太大的區別,但由於泰坦星擁有更濃厚的大氣層,這導致它不僅有簡單的甲烷、乙烷循環,還有許多簡單的有機分子會在大氣中跟隨甲烷、乙烷循環。
這些有機分子會像地球大氣中的沙塵一樣以固體的形式降落在表面,現在泰坦星陸地包裹著一層黑色的“小細沙”,就是這麼來的。
當然,這些固體物質也會落向星球的海洋、湖泊,但這個團隊認為那些落入液體表面的有機固體也不會形成「魔島」。
她們首先是確定固體物質會不會被溶解,透過一些研究,她們確定泰坦星上的甲烷、乙烷海洋已經飽和,至少不會很快溶解掉落的固體。
但是,液態甲烷、乙烷的表面張力非常小,而泰坦星大多數冷凍固體密度太大,表面張力太低,所以它們一旦進入海洋或湖泊,就會迅速下沉,而不會累積成小島嶼。
圖:藝術家想像的泰坦星表面
剩下唯一的可能就是固體物質像是乳酪一樣多孔,同時體積也夠大,那麼在不容易溶解的情況下,它才有可能漂浮在泰坦星的海洋、湖泊中。
她們透過自己的模型表明,泰坦「魔島」最有可能形成的原因是有機固體在海岸上拼合成更大的固體,然後從海岸脫離出來,並因為多孔結構而漂浮在甲烷、乙烷海洋中。
圖:惠更斯號登陸器相機拍攝的泰坦表面
整個過程就像是地球上冰山的形成一樣,只是泰坦的「有機冰山」會迅速下沉。
這篇文章的主要作者是畢業於中國科學技術大學的餘馨婷,她現在是德州大學聖安東尼奧分校物理與天文學系的助理教授,她表示自己在攻讀研究所的時候就已經知道「泰坦魔島」的存在了,但她從未想過自己能夠為理解它們做出貢獻,現在自己做出發現感覺非常棒。
泰坦星NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
最後
泰坦星的大氣主要成分是氮氣(約95%)和甲烷(約5%),兩者分裂和循環產生的一些化合物會產生一種橙色煙霧,讓整個星球無法直接從太空光看到地表。
不過,就像我們前面提到的,泰坦星擁有生命潛力,而且很可能和地球上的生命形式不同,這是因為那個世界的液體循環可能會創造一個宜居的環境。
如果在甲烷和乙烷海洋中誕生生命的話,那麼任何生命都會和地球有很大的不同,是我們無法理解的部分。
另一方面,即使泰坦星的表面無法誕生生命,它的內部也有一片適合生命的場所,有許多證據都表明在它冰冷地面以下55至80公里處存在海洋——真的由液態水組成的海洋。
另外,泰坦星也有火山活動,但是它噴出的不是岩漿,而是液態水溶液,然後液態水在表面迅速凍結,所以泰坦星上的石頭其實主要是由水冰組成的。
不管怎麼樣,「魔島」只是泰坦有趣之處的一小部分而已,那個世界充滿了未知和不尋常。
報導原文:https://phys.org/news/2024-01-titan-magic-islands-honeycombed-hydrocarbon.html
文獻:https://dx.doi.org/10.1029/2023GL106156