土衛(wèi)六的水世界

張唯誠

土衛(wèi)六又名泰坦，是土星最大的衛(wèi)星，太陽系中的第二大衛(wèi)星，個(gè)頭僅次于木衛(wèi)三。它的直徑是5150千米，比水星還大，接近冥王星的2倍。1655年，荷蘭天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯最先發(fā)現(xiàn)了這顆衛(wèi)星。1698年，惠更斯推測其他星球上應(yīng)該也存在水，并認(rèn)為那些水“想必是流動(dòng)的，又清澈又美麗。我們地球上的水假若到了木星和土星就會(huì)被立即凍住，因?yàn)樗鼈冸x太陽太遠(yuǎn)了。每個(gè)星球一定都有自己的不會(huì)凍結(jié)的水?！?/p>

惠更斯說對(duì)了，300多年后，一艘名為“卡西尼”號(hào)的土星探測器來到了土星，探測了整個(gè)土星系統(tǒng)，大約80次飛越了土衛(wèi)六?！翱ㄎ髂帷碧?hào)證實(shí)了惠更斯的猜測：土衛(wèi)六上存在液態(tài)的“水”，而且這種“水”是獨(dú)特的，是土衛(wèi)六“自己的不會(huì)凍結(jié)的水”。

土衛(wèi)六的這種“水”是甲烷水。土衛(wèi)六非常寒冷，表面溫度為-180℃，在這種溫度下，甲烷以液體的形式存在，它們像水一樣流動(dòng)，而且“又清澈又美麗”。

“卡西尼”號(hào)攜帶的專門用于探測土衛(wèi)六的子探測器“惠更斯”號(hào)，于2004年12月25日脫離“卡西尼”號(hào)飛向土衛(wèi)六。2005年1月，“惠更斯”號(hào)進(jìn)入土衛(wèi)六的大氣層，穿越了潮濕的云層，用照相機(jī)拍攝了河道、海灘和島嶼，最后在一條空曠的河道邊著陸?！盎莞埂碧?hào)傳回了河道附近的圖像：那里似乎流淌過液體，一些小巖石散布在地上，很光滑，就像地球上河流旁邊常見的石頭。

在接下來的10年里，“卡西尼”號(hào)一直關(guān)注著土衛(wèi)六。2006年，經(jīng)過多次有計(jì)劃的雷達(dá)掃描，“卡西尼”號(hào)完成了土衛(wèi)六北半球的湖泊成像。探測顯示，其中一個(gè)湖泊長達(dá)1000千米，已經(jīng)足以被稱為海，后來被命名為“克拉肯?！?。不久后，又有兩個(gè)海得到了確認(rèn)，人們還同時(shí)發(fā)現(xiàn)了十幾個(gè)湖。探測表明，土衛(wèi)六上有很大的“水”面，那些甲烷水可以蒸發(fā)、凝結(jié)、降落，形成蔚為壯觀的大氣循環(huán)。土星繞太陽運(yùn)行一周需要29.5年，隨著土星的運(yùn)行，土衛(wèi)六上的季節(jié)也會(huì)發(fā)生緩慢的變化。“卡西尼”號(hào)發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六正在變得越來越活躍：云在霧氣中浮動(dòng)，甲烷雨落下后沿著河流一樣的水道流進(jìn)湖里，湖水泛著微波，湖面平緩如鏡；但在有些地方，波浪卻變得洶涌起來，似乎預(yù)示著一場風(fēng)暴即將來臨……

多年來，土衛(wèi)六上的湖泊和海成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，那些水體隱藏著不少秘密。首先，其中的“水”含量究竟有多大就很難判斷，因?yàn)楹茈y探測到它們的深度，只在南半球的安大略湖找到很少的線索?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，自“卡西尼”號(hào)到來后，這個(gè)湖的一些地區(qū)向內(nèi)萎縮了幾千米。他們據(jù)此估計(jì)，湖面每年下降大約1米，這表明一些地方的湖床是平緩的。

2013年5月，“卡西尼”號(hào)低空飛掠土衛(wèi)六的第二大?！惣喓r(shí)，它的雷達(dá)正對(duì)著下方，掃描了下方的陸地和海水。通過測量雷達(dá)波往返于探測器和星球表面的時(shí)間，“卡西尼”號(hào)描繪了下方的地形。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這次掃描中“卡西尼”號(hào)傳回了一束來自海底的回波。當(dāng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)家、意大利羅馬大學(xué)的馬爾科·馬斯特羅朱塞佩發(fā)現(xiàn)這束回波時(shí)，他高興得幾乎不能自已，迫切地想把這個(gè)消息告訴別人，因?yàn)檫@是人類第一次在地球之外的星球上測量到了一個(gè)海洋或者湖泊的深度。這次的測量顯示，麗姬亞海的深度為160米。

更加令人欣喜的是，這束回波還讓科學(xué)家得到了一個(gè)判斷海水組成的線索。一直以來，科學(xué)家認(rèn)為，土衛(wèi)六上的“水”由甲烷和乙烷組成，由于甲烷比乙烷不穩(wěn)定得多，所以甲烷應(yīng)該蒸發(fā)得更快。科學(xué)家曾通過計(jì)算機(jī)模擬，綜合“卡西尼”號(hào)的觀測數(shù)據(jù)推測了湖中的物質(zhì)組成，認(rèn)為在兩極地區(qū)的湖泊中，乙烷大約占3/4，另有10%的甲烷、7%的丙烷，以及更少的氫氰酸、丁烷、氮和氬等。

然而，土衛(wèi)六又一次讓每個(gè)人感到意外。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家卡爾·米切爾和他的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，將甲烷和乙烷帶進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，然后用“卡西尼”號(hào)探測海底時(shí)用的那種雷達(dá)波照射它們。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，乙烷對(duì)這種雷達(dá)波具有極強(qiáng)的吸收作用，甲烷則沒有，這表明之前的推測很可能存在偏差，麗姬亞海海水的主要成分很可能是液態(tài)的甲烷。

科學(xué)家還根據(jù)“卡西尼”號(hào)對(duì)麗姬亞海的探測估計(jì)了土衛(wèi)六海水的總量。如果其他海洋中的水體組成及海底特征和麗姬亞海一樣，那么土衛(wèi)六上的海水總量大約為70000立方千米，是地球上已知石油儲(chǔ)量的55倍。

2014年3月，科學(xué)家公布了一幅最新的湖泊地圖。從圖上看，克拉肯海被一個(gè)海角和一些島嶼分成了兩部分，有科學(xué)家稱之為“克拉肯咽喉”。他們估計(jì)，在“克拉肯咽喉”附近，土星的引力有可能引發(fā)海潮，當(dāng)土衛(wèi)六隨著土星在軌道上運(yùn)行時(shí)，海潮會(huì)時(shí)起時(shí)落，其落差大約可達(dá)1米。

人們推測，當(dāng)北邊漲潮、南邊退潮時(shí)，海水會(huì)通過“克拉肯咽喉”從一邊流向另一邊，其流速可達(dá)每小時(shí)2000米。這樣的流速看起來不快，只相當(dāng)于我們散步的速度，在地球上根本不算什么，但在土衛(wèi)六上就不同了。由于土衛(wèi)六的引力比地球小得多，土衛(wèi)六上的海水會(huì)比地球上的水更輕，所以克拉肯海的海潮會(huì)顯得很活躍。而在“克拉肯咽喉”附近，潮流還可能形成大旋渦，從而發(fā)出巨大的聲響，其壯觀的情景應(yīng)該并不亞于地球上類似的景象。

但總體上說，土衛(wèi)六上的“水”面看來非常平靜?？茖W(xué)家推測，這是因?yàn)橥列l(wèi)六上的風(fēng)太小的緣故。根據(jù)目前得到的數(shù)據(jù)，土衛(wèi)六上的風(fēng)速不超過1米/秒。雷達(dá)的探測顯示，麗姬亞海的海面平滑得像一塊綢緞，其浪高甚至不超過1毫米。不過在2012年，人們用雷達(dá)波探測土衛(wèi)六上最小的蓬加海時(shí)發(fā)現(xiàn)了4道反射光，它們可能來自海面上的波浪，浪高兩三厘米，很可能預(yù)示著風(fēng)暴季節(jié)即將來臨。

隨著夏天的臨近，土衛(wèi)六上活躍的季節(jié)似乎的確就要來臨了。根據(jù)氣候模型的推演，土衛(wèi)六上的風(fēng)速將達(dá)到2米/秒。這在地球上依然只是微風(fēng)，但請(qǐng)不要忘記土衛(wèi)六的引力比地球小，而甲烷水又比地球上的水更加清澈，所以比較而言，土衛(wèi)六上的海洋更加敏感，加上土衛(wèi)六的大氣還更稠密，所以它的風(fēng)就更有力量。這樣一來，2米/秒的風(fēng)在土衛(wèi)六上就足以掀起浪高約1米的波浪。當(dāng)這樣的波浪涌向海灘時(shí)，很可能變成洶涌的巨浪，形成蔚為壯觀的景象。

科學(xué)家針對(duì)土衛(wèi)六的探測還在進(jìn)行中。目前的探測已經(jīng)顯示，土衛(wèi)六很像早期的地球。例如土衛(wèi)六上的大氣中充滿了復(fù)雜的有機(jī)分子，它們會(huì)降落到地面和海洋里。尋找這些有機(jī)分子，對(duì)理解生命的形成和星球的演化非常有意義。鑒于此，人們探索土衛(wèi)六的意愿已變得越來越強(qiáng)，這促使了一些探測方案的形成。例如，有科學(xué)家建議在下一輪的土衛(wèi)六探測活動(dòng)中使用船舶、熱氣球或者飛機(jī)對(duì)其大氣、地表和湖泊進(jìn)行全方位的探測。人們還設(shè)想打造一艘探測船降落在土衛(wèi)六的“水”面上，然后隨波逐流，它將是人類第一艘漂浮在外星“水”面上的“作業(yè)船”。

科學(xué)家認(rèn)為，麗姬亞海是適合探測船降落的海面。這個(gè)海比地球最大的淡水湖——北美的蘇必利爾湖——還要大，占整個(gè)土衛(wèi)六表面的0.12%。按照設(shè)想，這艘探測船將在麗姬亞海展開為期6個(gè)月的“水上考察”。

不過，也有科學(xué)家提出了更加大膽的考察方案，那就是送一艘潛艇進(jìn)入海下，然后潛入甲烷海的深處，用聲吶探測土衛(wèi)六奇妙的水下世界，用質(zhì)譜儀檢測海水的化學(xué)組成，研究其中的碳基化學(xué)物質(zhì)和有機(jī)分子。它會(huì)遇到什么？會(huì)給人們帶來怎樣的消息？人們正期待著對(duì)土衛(wèi)六的探索邁向深入。