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泰坦星湖泊中時隱時現的「魔島」,到底是咋回事?新研究給出解釋

2024-01-08辟謠

土星最大的衛星——土衛六是太陽系最特殊的星球之一,甚至有人懷疑那裏有著和地球完全不同的生命形式。

圖:地球、月球和泰坦

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)。

我沒有查到這個命名具體是根據什麽來的,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,其地表大氣壓比地球還高大約 60%,人站在泰坦星的表面受到的壓力相當於在海底15米的樣子。

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迴圈系統的星球,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迴圈。

而且有強烈的證據表明,那裏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迴圈的液體並不是水,而是液態甲烷和乙烷,那裏足夠寒冷,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影像中,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周,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,所以這種現象一經發現就引起了廣泛關註,科學家們為此做了很多研究。

最初有些研究表明這些短暫的「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,那裏的海洋、湖泊,甚至是河流都相當光滑。

所以,「泰坦魔島」只能是固體物質。

泰坦有機物迴圈,圖源:余馨婷

泰坦星主要的液體迴圈(甲烷、乙烷)和地球上的水迴圈沒什麽太大的區別,但是由於泰坦星擁有更加濃厚的大氣層,這就導致它不僅有簡單的甲烷、乙烷迴圈,還有許多簡單的有機分子會在大氣中跟隨甲烷、乙烷迴圈。

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」,就是這麽來的。

當然,這些固體物質也會落向星球的海洋、湖泊,但是這個團隊認為 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,就會迅速下沈,而不會積累成小島嶼。

圖:藝術家想象的泰坦星表面

剩下唯一的可能就是固體物質像是芝士一樣多孔 ,同時體積要足夠大,那麽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:惠更斯號著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」會迅速下沈。

這篇文章的主要作者是畢業於中國科學技術大學的余馨婷,她現在是德克薩斯大學聖安東尼奧分校物理與天文學系的助理教授,她表示自己在讀研究生的時候就已經知道「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%),兩者分裂和迴圈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迴圈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,那麽任何生命都會和地球有很大的不同,是我們無法理解的部份。

另一方面,即便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公裏處存在海洋——真的由液態水組成的海洋。

另外,泰坦星也有火山活動,但是它噴發出來的不是巖漿,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。

不管怎麽樣,「魔島」只是泰坦有趣之處的一小部份而已,那個世界充滿了未知和不同尋常。

報道原文:https://phys.org/news/2024-01-titan-magic-islands-honeycombed-hydrocarbon.html

文獻:https://dx.doi.org/10.1029/2023GL106156