土衛六、六英里深的甲烷外殼可能改寫行星科學
對土衛六的研究發現了一個重要的甲烷凝塊冰層,它解釋了土衛六淺環形山和擁有溫暖內部的原因。這項發現為了解土衛六富含甲烷的大氣層及其支持生命的潛力提供了新的視角,也為2028年美國太空總署”蜻蜓」號任務奠定了基礎。
土衛六內部建議示意圖(非比例),顯示對流冰殼上的甲烷凝塊地殼。 資料來源:Schurmeier等人,2024年
土星最大的衛星土衛六是太陽系中除地球以外唯一一個既有大氣層又有液態體(河流、湖泊和海洋)的地方。 由於土衛六溫度極低,這些液體由甲烷和乙烷等碳氫化合物組成,而其表面則由固態水冰組成。 夏威夷大學馬諾阿分校的行星科學家在一項新的研究中發現,甲烷氣體也可能被困在土衛六的冰層中,形成了一個厚達6英里的獨特地殼。 據認為,這種地殼會為下方的冰殼帶來溫暖,可能有助於解釋土衛六富含甲烷的大氣層。
該研究小組由副研究員勞倫-舒爾邁爾(Lauren Schurmeier)領導,成員包括博士生格溫多林-布勞威爾(Gwendolyn Brouwer)和夏威夷大學馬諾阿分校海洋與地球科學技術學院夏威夷地球物理與行星學研究所(HIGP)副所長薩拉-法根茨(Sarah Fagents),他們觀察到土衛六的撞擊坑比預期的淺數百公尺。 美國國家航空暨太空總署(NASA)的數據顯示,土衛六上只發現了90個隕石坑,引發了人們對月球表面和地質歷史的好奇。
美國國家航空暨太空總署使用卡西尼VIMS(可見光和紅外線繪圖分光儀)儀器拍攝的土衛六影像。 中心附近可見一個撞擊坑。 赤道附近的暗區是富含有機物的沙丘,北極地區的暗區是液態甲烷/乙烷湖。 北半球也能看到白雲。 資料來源:美國國家航空暨太空總署/卡西尼VIMS
舒爾邁爾說:”這非常令人吃驚,因為根據其他衛星的情況,我們預計在土衛六表面會看到更多的撞擊坑,而且這些撞擊坑要比我們在土衛六上觀察到的深得多。
為了探討這個謎團背後可能隱藏著什麼,研究人員在電腦模型中測試瞭如果冰殼上覆蓋著一層絕緣的甲烷凝塊冰(一種晶體結構中夾帶甲烷氣體的固體水冰),土衛六的地形在撞擊後會如何鬆弛或反彈。 由於土衛六隕石坑的初始形狀尚不清楚,研究人員根據一顆類似大小的冰衛星–木衛三上看起來很新鮮的隕石坑,模擬並比較了兩種可信的初始深度。
舒爾邁爾說:「利用這種建模方法,我們能夠將甲烷凝殼的厚度限制在五到十公里(約三到六英里),因為利用這一厚度進行模擬得出的隕石坑深度與觀測到的隕石坑最匹配。速度。
土衛六撞擊坑的卡西尼合成孔徑雷達影像。 箭頭表示隕石坑改造過程的潛在形式,包括:沙丘和沙地(紫色)、通道(藍色)以及隕石坑邊緣的嚴重侵蝕(粉紅色)。 資料來源:美國國家航空暨太空總署/卡西尼號
估算甲烷冰殼的厚度非常重要,因為它可以解釋土衛六富含甲烷的大氣層的起源,並幫助研究人員了解土衛六的碳循環、以液態甲烷為基礎的”水文循環”以及不斷變化的氣候。
「土衛六是研究溫室氣體甲烷如何在大氣中升溫和循環的天然實驗室,」舒爾邁爾說。 “在西伯利亞永凍土層和北極海底下發現的地球甲烷凝塊水合物,目前正在破壞穩定並釋放甲烷。 因此,從土衛六吸取的教訓可以為地球上發生的過程提供重要的啟示。”
從這些新發現來看,土衛六上的地形是合理的。 對甲烷凝塊冰殼厚度的限製表明,土衛六內部很可能是溫暖的,而不是像以前認為的那樣寒冷、僵硬和不活躍。
舒爾邁爾說:”甲烷凝塊比普通水冰更堅固,絕緣性更好。凝塊外殼可以隔絕土衛六的內部,使水冰外殼非常溫暖且具有延展性,這意味著土衛六的冰殼正在或曾經緩慢地對流。
蜻蜓號翱翔在土星衛星土衛六沙丘上空的效果圖。 美國國家航空暨太空總署已授權任務團隊繼續開發,爭取在2028年7月發射。 圖片來源:NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
舒爾邁爾補充說:「如果土衛六的海洋在厚厚的冰殼下存在生命,那麼任何生命跡象(生物標誌物)都需要沿著土衛六的冰殼向上運輸,以便我們在未來的任務中能夠更容易地接觸到或觀察到它們。
隨著美國太空總署”蜻蜓”號飛往土衛六的任務計畫於2028年7月發射,2034年抵達,研究人員將有機會對這顆衛星進行近距離觀測,並進一步研究其冰冷的表面,包括一個名為”塞爾克”的隕石坑。
編譯自/ SciTechDaily