康乃爾大學的研究人員利用卡西尼號飛越土衛六的雙向雷達資料分析了土衛六碳氫化合物海洋的表面特性。研究確定了表面粗糙度和成分的變化，表明有多種地質和氣象過程在起作用。對卡西尼-惠更斯號土星任務的雷達實驗數據進行的一項新研究，對土衛六（土星146顆已知衛星中最大的一顆）北極附近液態碳氫化合物海洋的組成和活動產生了新的認識。

這張合成圖顯示了美國太空總署卡西尼號太空船拍攝的土星衛星土衛六的紅外線景象，這是在2015年11月13日的”T-114″飛越任務中獲取的。利用卡西尼號的雷達資料對土衛六的海洋進行的新研究顯示，土衛六的表面成分各不相同，粗糙度也略有差異，凸顯了土星衛星上複雜的環境交互作用。資料來源：美國國家航空暨太空總署

康乃爾大學領導的研究小組利用幾次雙靜態雷達實驗的數據，分別分析和估計了土衛六海面的成分和粗糙度，這是以前對單靜態雷達數據進行分析所無法實現的。這將有助於為今後利用卡西尼數據對土衛六海洋的性質進行綜合研究鋪平道路。

康乃爾大學副研究員Valerio Poggiali 是《卡西尼飛行任務雙向雷達實驗揭示的土衛六海域表面特性》一文的主要作者，該文於7 月16 日發表在《自然-通訊》上。

藝術家描繪的美國國家航空暨太空總署的卡西尼號在2017 年”壓軸大戲”中的情景，在這場大戲中，卡西尼號在土星和土星環之間俯衝了多次，然後故意撞進了土星的大氣層。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

雙靜態雷達實驗包括將太空船發出的無線電波束瞄準目標（在本例中為土衛六），然後反射到地球上的接收天線。這種表面反射是偏振的–這意味著它提供了從兩個獨立角度收集到的信息，而不是單靜態雷達數據提供的信息，在單靜態雷達數據中，反射信號返回航天器。

Poggiali 說：”主要區別在於，雙穩態資訊是一個更完整的資料集，對反射表面的成分及其粗糙度都很敏感。”

目前的工作使用了卡西尼號在2014 年5 月17 日、6 月18 日、10 月24 日和2016 年11 月14 日四次飛越期間收集的四次雙穩態雷達觀測資料。每一次都是在太空船接近土衛六時（進入）和離開時（離開）觀測表面反射。研究團隊分析了土衛六到三個大型極地海洋的出艙觀測資料：克拉肯海區、萊姬亞海區和彭加海區。

美國國家航空暨太空總署卡西尼號太空船獲得的數據顯示，Ligeia Mare 是土星衛星土衛六上已知的第二大液體體。它充滿了液態碳氫化合物，如乙烷和甲烷，是土衛六北極地區眾多海洋和湖泊中的一個。圖片來源：NASA/JPL-CaltechNASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

他們的分析發現，碳氫化合物海表層的成分因緯度和位置（如河流和河口附近）而異。具體來說，克拉肯海最南端的部分顯示出最高的介電常數–這是衡量物質反射無線電訊號能力的指標。例如，地球上的水俱有很強的反射能力，介電常數約為80；而土衛六的乙烷和甲烷海的介電常數約為1.7。

研究人員也確定，在進行飛越觀測時，這三個海域大多風平浪靜，表面波浪不超過3.3 毫米。在沿海地區、河口和跨流域海峽附近檢測到的粗糙度略高，最高達5.2 毫米，這可能是潮汐流的跡象。

這裡可以看到比水星還大的巨大衛星土衛六在圍繞土星運行。土衛六下方是土星環投射的陰影。這張自然彩色圖片是由美國太空總署卡西尼號太空船於2012 年5 月6 日拍攝的六張影像合成的。圖片來源：NASA/JPL-加州理工學院/太空科學研究所

Poggiali說：”還有跡象表明，注入海洋的河流是純甲烷的，直到它們流入開闊的液態海洋，那裡才富含乙烷。這就像在地球上，淡水河流流入海洋鹹水並與之混合一樣。

“這與土衛六的氣像模型非常吻合，”合著者、天文學教授菲利普-尼科爾森說，”據預測，從土衛六天空降下的’雨’可能幾乎是純甲烷，但也有微量的乙烷和其他碳氫化合物。

Poggiali說，卡西尼號在對土衛六進行長達13年的研究過程中獲得了大量數據，更多的研究工作正在進行中。還有大量的數據等著我們全面分析，以便有更多的發現，這只是第一步。

編譯自/ ScitechDaily

DOI: 10.1038/s41467-024-49837-2