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泰坦星湖泊中时隐时现的「魔岛」,到底是咋回事?新研究给出解释

2024-01-08辟谣

土星最大的卫星——土卫六是太阳系最特殊的星球之一,甚至有人怀疑那里有着和地球完全不同的生命形式。

图:地球、月球和泰坦

土卫六是太阳系第二大的天然卫星,是咱们月球的1.5倍大,比它大的是木卫三,但卫星命名的人员却把「泰坦」(希腊神话中的巨人)这个名字给了土卫六,木卫三被命名为「伽倪墨得斯」(希腊神话中为众神酌酒的美少男)。

我没有查到这个命名具体是根据什么来的,不过泰坦星(或土卫六)绝对比木卫三有趣许多。

它是太阳系已知唯一一颗拥有稠密大气层的卫星,其地表大气压比地球还高大约 60%,人站在泰坦星的表面受到的压力相当于在海底15米的样子。

最独特的地方,泰坦星是太阳系中唯一一颗已知具有类似地球循环系统的星球,液体从云层中下雨,流过星球表面,然后填充湖泊和海洋,最后又蒸发回到天空并继续循环。

而且有强烈的证据表明,那里也存在明显的板块运动,就天体层面来看,泰坦星是「生机勃勃」的。

图:泰坦上由甲烷组成的极地云(左)与地球上由水或水冰组成的极地云(右)

不过,泰坦星河流、湖泊和海洋中流淌和循环的液体并不是水,而是液态甲烷和乙烷,那里足够寒冷,让这些化学物质以液态的形式存在,并雕刻整个星球。

泰坦星有许多奇怪到难以解释的现象,其中最奇怪的现象之一出现在雷达图像中,人们可以看到液体表面的亮点经常不断变化,这种现象持续几个小时到几周,或更长时间。

由于这些亮点在泰坦海洋中就像是一座突然出现的岛屿,然后随着时间推移消失,因此被称为「魔岛」。

在红外光下看到阳光照耀在泰坦海域之一©NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

「泰坦魔岛」最早是在 2014年由卡西尼-惠更斯号首次发现,由于过于魔幻,同时又出现在一个特殊的星球上,所以这种现象一经发现就引起了广泛关注,科学家们为此做了很多研究。

最初有些研究表明这些短暂的「魔岛」可能是由波浪引起的幻影岛屿,也有研究指出可能是由悬浮固体、漂浮固体或氮气气泡组成的真实岛屿。

不过,没有人给出确切的证据,直到最近,一篇发表在【地球物理研究快报】杂志上的文章,排除之前的一些可能性,并给出了自己的答案: 「泰坦魔岛」可能是蜂窝状碳氢化合物「冰山」

这个科学团队首先排除, 「魔岛」不可能是波浪幻影 ,因为随着观察的深入,泰坦星海洋、湖泊并没有像地球上一样波涛汹涌,泰坦的波浪只有几毫米高,那里的海洋、湖泊,甚至是河流都相当光滑。

所以,「泰坦魔岛」只能是固体物质。

泰坦有机物循环,图源:余馨婷

泰坦星主要的液体循环(甲烷、乙烷)和地球上的水循环没什么太大的区别,但是由于泰坦星拥有更加浓厚的大气层,这就导致它不仅有简单的甲烷、乙烷循环,还有许多简单的有机分子会在大气中跟随甲烷、乙烷循环。

这些有机分子会像地球大气中的沙尘一样以固体的形式降落在表面,现在泰坦星陆地包裹着一层黑色的「小细沙」,就是这么来的。

当然,这些固体物质也会落向星球的海洋、湖泊,但是这个团队认为 那些落入液体表面的有机固体也不会形成「魔岛」

她们首先是确定固体物质会不会被溶解,通过一些研究,她们确定泰坦星上的甲烷、乙烷海洋已经饱和,至少不会很快溶解掉掉落的固体。

但是,液态甲烷、乙烷的表面张力非常小,而泰坦星大多数冷冻固体密度太大,表面张力太低,所以它们一旦进入海洋或湖泊,就会迅速下沉,而不会积累成小岛屿。

图:艺术家想象的泰坦星表面

剩下唯一的可能就是固体物质像是奶酪一样多孔 ,同时体积要足够大,那么在不容易溶解的情况下,它才有可能漂浮在泰坦星的海洋、湖泊中。

她们通过自己的模型表明,泰坦「魔岛」最有可能形成的原因是有机固体在海岸上拼合成更大的固体,然后从海岸脱离出来,并因为多孔结构而漂浮在甲烷、乙烷海洋中。

图:惠更斯号着陆器相机拍摄的泰坦表面

整个过程就像是地球上冰山的形成一样,只是泰坦的「有机冰山」会迅速下沉。

这篇文章的主要作者是毕业于中国科学技术大学的余馨婷,她现在是德克萨斯大学圣安东尼奥分校物理与天文学系的助理教授,她表示自己在读研究生的时候就已经知道「泰坦魔岛」的存在了,但她从未想过自己能够为理解它们做出贡献,现在自己做出发现感觉非常棒。

泰坦星©NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

最后

泰坦星的大气主要成分是氮气(约 95%)和甲烷(约 5%),两者分裂和循环产生的一些化合物会产生一种橙色烟雾,让整个星球无法直接从太空光看到地表。

不过,就像我们前面提到的,泰坦星拥有生命潜力,而且很可能和地球上的生命形式不同,这是因为那个世界的液体循环可能会创造一个宜居的环境。

如果在甲烷和乙烷海洋中诞生生命的话,那么任何生命都会和地球有很大的不同,是我们无法理解的部分。

另一方面,即便泰坦星的表面无法诞生生命,它的内部也有一片适合生命的场所,有许多证据都表明在它冰冷地面以下55至80公里处存在海洋——真的由液态水组成的海洋。

另外,泰坦星也有火山活动,但是它喷发出来的不是岩浆,而是液态水溶液,然后液态水在表面迅速冻结,所以泰坦星上的石头其实主要是由水冰组成的。

不管怎么样,「魔岛」只是泰坦有趣之处的一小部分而已,那个世界充满了未知和不同寻常。

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

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