土衛(wèi)六浮現(xiàn)神秘“魔幻島”

□ 思飛

據(jù)美國趣味科學網(wǎng)站6月22日報道，隨著土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六迎來夏至，該星球變暖，神秘“魔幻島”浮現(xiàn)。這是科學家2013年通過“卡西尼”號探測器的雷達圖像做出的新發(fā)現(xiàn)，刊登在22日出版的《自然-地學》雜志上。鑒于土衛(wèi)六是太陽系中可能孕育生命的天體之一，因而人們對其新的發(fā)現(xiàn)較為關(guān)注。

“惠更斯”號著陸探測土衛(wèi)六

在已知的62顆土星衛(wèi)星中，土衛(wèi)六是最早被發(fā)現(xiàn)的，也是體積最大的。這顆亦稱“泰坦”的衛(wèi)星距土星122萬千米、直徑5150千米，在太陽系眾多的天然衛(wèi)星中，僅小于木衛(wèi)三，排行老二。觀測發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六上有明顯的大氣，大氣層厚度達2700千米，氣壓是地球的1.5倍。科學家們認為，它既有大氣就可能有生命，故而特別關(guān)注對其進行的航天探測。土衛(wèi)六、土衛(wèi)二、木衛(wèi)二、火星和木衛(wèi)一被認為是太陽系內(nèi)除地球以外可能孕育生命的五大星球。尤為突出的是，在太陽系各大行星及其衛(wèi)星中，唯有地球和土衛(wèi)六大氣中富含氮。土衛(wèi)六的大氣層中既含有甲烷云和一種可以孕育生命的氬氰酸有機分子，又可能依舊保存著史前地球大氣層如何演化的線索。

截止到目前，人類共向土星發(fā)射過4個航天器——“先驅(qū)者”11號、“旅行者”1號和2號、“卡西尼”號。

“卡西尼”號于1997年10月15日發(fā)射升空，由美國航宇局研制的“卡西尼”號軌道器和歐空局研制的“惠更斯”號的子探測器組成。軌道器有12臺儀器，子探測器有6臺儀器。經(jīng)過近7年飛行、行程35億多千米之后，“卡西尼”號于2004年7月1日進入環(huán)繞土星的軌道，開始探測工作?！翱ㄎ髂帷碧栐诶@土星飛行過程中釋放了“惠更斯”號子探測器，后者飛向土衛(wèi)六并進行了著陸探測。按照原定計劃，軌道器將在4年的飛行中繞土星76圈，其中有45次飛近土衛(wèi)六，并將探測資料和所拍照片用無線電信號陸續(xù)發(fā)回地球。由于其性能良好，目前仍在繼續(xù)探測工作，故將延期服役至2017年。

在“卡西尼”號內(nèi)“沉睡”了7年的“惠更斯”號于北京時間2005年1月14日20時45分在土衛(wèi)六表面南緯10度、東經(jīng)160度附近的區(qū)域著陸。“惠更斯”號著陸后繼續(xù)其探測工作，直到攜帶的電池能量耗盡為止，這一時間持續(xù)了1.5小時，超出了原定1小時的時限?！盎莞埂碧柌粩喟巡杉降臄?shù)據(jù)和拍到的照片發(fā)送給“卡西尼”號，再由后者發(fā)回地球。

土衛(wèi)六有甲烷海洋

2005年1月15日，歐空局提供了“惠更斯”號獲得的部分數(shù)據(jù)資料，資料表明，土衛(wèi)六表面呈淺黃色，松軟的表面覆蓋著薄薄的一層殼。

“先驅(qū)者”11號探測器

“旅行者”1號探測土衛(wèi)六

從“惠更斯”號在距土衛(wèi)六表面16千米處拍得的一張照片上，能夠清楚地看到一些深色線條?？茖W家們初步分析認為，這可能是液體流動形成的河床。它們流入一片深色區(qū)域。該處或許是液態(tài)甲烷和乙烷混合體的海洋，其中的淺色斑塊可能是島嶼。這張照片上每個象素代表實際距離40米，它提供的景象是：土衛(wèi)六表面溝渠縱橫、“河道”交錯、峽谷密布、涓涓“溪流”，最后匯合成充滿液體的廣闊海洋。

“惠更斯”號拍攝的土衛(wèi)六表面彩色照片顯示，似有大量白色石塊和冰塊狀的物體散布在甲烷氣籠罩的橙黃色地表。儀器探測提供的數(shù)據(jù)表明，在土衛(wèi)六上空18千米～20千米的大氣層里有濃厚的云或稠密的霧，其地表溫度在零下180攝氏度左右。有科學家推斷說，土衛(wèi)六表面有甲烷的積蓄地。探測項目負責人讓-皮埃爾·勒布勒東說：“很明顯，土衛(wèi)六表面很柔軟，就像脆皮奶油一樣，其地表是脆硬的，而地下是比較柔軟的物質(zhì)。而且我們還發(fā)現(xiàn)，在‘惠更斯’號撞擊土衛(wèi)六表面之后，一些甲烷因接觸探測器摩擦燒紅的管子而被蒸發(fā)。”種種跡象表明土衛(wèi)六的地表情況和大氣構(gòu)成類似于地球40億年前的狀態(tài)，這對研究地球大氣層的形成和演化以及生命的起源具有重大意義。

2005年1月21日，勒布勒東在新聞發(fā)布會上稱，科學家們分析“惠更斯”拍攝的土衛(wèi)六照片后認為，它的著陸地點可能剛剛下過甲烷雨?？偟膩碚f，許多地球上可以發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)活動痕跡在土衛(wèi)六上也都存在，那里的地貌與地球驚人相似，只是兩者在化學成分上存在很大不同。土衛(wèi)六沒有液態(tài)水只有液態(tài)甲烷，沒有硅化的巖石只有固態(tài)的含水冰塊，沒有泥土質(zhì)的土地只有碳氫化合物顆粒的沉淀形成的土地。在地球上甲烷是一種可燃氣體，而在土衛(wèi)六上，由于高壓低溫的環(huán)境，甲烷是液態(tài)的，它在土衛(wèi)六上扮演的角色，正如液態(tài)水在地球上扮演的角色。

雖然目前已能肯定土衛(wèi)六表面有甲烷海洋，其氣體中有大量甲烷，但是甲烷僅是存活生命的必要條件，因此還不能說土衛(wèi)六上就有原始生命跡象。盡管如此，這也使人類對土衛(wèi)六比以前有了更多地了解。

“卡西尼”號近探土衛(wèi)六

2004年10月27日，美國航宇局深空測控地面控制中心帕薩迪納噴氣推進實驗室發(fā)布公告說，“卡西尼”號于10月26日飛越了迄今以來距離土衛(wèi)六的最近點，并對其進行了探測。在這次歷時44個小時的近距離飛越土衛(wèi)六過程中，“卡西尼”號共拍攝了500幅照片，收集了大量雷達數(shù)據(jù)。它用攜帶的成像設(shè)備包括多部紅外照相機和掃描雷達裝置，獲得的照片要比先前所有航天探測器和地面望遠鏡所拍攝到的照片都清晰100倍以上，像足球場大小的獨特地貌都能顯示出來。其中掃描雷達獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后可以像黑白照片一樣給出土衛(wèi)六地表的詳細情況。這是人類首次得到穿透包裹土衛(wèi)六云霧的數(shù)據(jù)。雷達照片顯示，土衛(wèi)六地表有一些與在金星上流動的熔巖類似的痕跡，有一些三角形的突出物可能是巖石，還有一些可能是一系列含有有機物的凝固的湖泊。僅覆蓋土衛(wèi)六地表百分之一的雷達數(shù)據(jù)還顯示，比地表更深一層的物質(zhì)是一些有機物。領(lǐng)導雷達小組的查爾斯·葉拉奇說：“我們還看到了一些從地質(zhì)學角度來講處于生命期的地方?！?/p>

收到的照片還提示，土衛(wèi)六上可能存在大量的地質(zhì)活動，包括曾經(jīng)發(fā)生火山爆發(fā)和地殼型開裂。科學家們說，雖然土衛(wèi)六赤道地區(qū)溫度遠遠低于冰點，但其由水組成的冰核中可能混合了氨，由于氨的冰點較低，故而冰塊可在土衛(wèi)六表面流動。氨是火山爆發(fā)時噴發(fā)到土衛(wèi)六表面上的。他們認為，土衛(wèi)六的景象正是地球在數(shù)十億年前生命起源之前的樣子，希望通過研究土衛(wèi)六土壤和大氣中的化學反應(yīng)來揭開生命起源之謎。

土衛(wèi)六存在液體乃至生命

這是“旅行者”2號在距離土衛(wèi)六90萬千米處拍攝的照片。照片中可以明顯地看到薄霧狀的土衛(wèi)六上層大氣

“卡西尼”號向土衛(wèi)六釋放“惠更斯”號子探測器

“卡西尼”號多次飛越土衛(wèi)六，用攜帶的雷達裝置掃描土衛(wèi)六兩極地區(qū)，發(fā)現(xiàn)存在黑斑。雷達圖像顯示，這些區(qū)域非常平坦，就像液體湖面發(fā)出的信號。光譜數(shù)據(jù)還表明，湖里都是甲烷和乙烷。在寒冷的土衛(wèi)六表面，這兩種物質(zhì)可能呈現(xiàn)液態(tài)。但是，因為角度問題，這些雷達觀測未能看到湖泊表面亮的反射光。因此，部分科學家認為，這也可能是干燥的湖床或一塊塊煙灰。

“惠更斯”號在土衛(wèi)六表面著陸示意圖

2008年12月，“卡西尼”號用雷達裝置直接對準土衛(wèi)六最大的湖——安大略·拉庫斯湖進行探測，結(jié)果獲得了極強的反射信號。該湖位于土衛(wèi)六的南極，直徑達235千米。雷達的反射波顯示，這個巨大的湖表面的高度變化不超過3毫米?？茖W家據(jù)此認為，湖里是液體而不是干泥或煙灰，且湖泊表面平滑如鏡。2009年8月21日，英國《新科學》周刊網(wǎng)站報道了這項最新研究成果。此前已有大量證據(jù)表明，安大略·拉庫斯湖里是液體而非干泥。這次基于雷達觀測得出的新發(fā)現(xiàn)進一步證明了上述結(jié)論是正確的。

這是一張“卡西尼”號拍攝的雷達圖像，顯示土衛(wèi)六北極地區(qū)河流匯入一個湖泊

2009年2月3日美媒報道，科學家們對“卡西尼”號傳回的照片分析后發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六狂降甲烷雨，并在其南極形成了一個面積為3.4萬平方米的新的液體甲烷湖泊。同年11月，美國加州理工學院的研究人員通過分析“卡西尼”號發(fā)回的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六北極的液體甲烷及乙烷湖泊所覆蓋的面積比南極多出20倍。此外，北極還有一些部分干涸或已完全干涸的湖泊。研究人員認為，這種現(xiàn)象可能與土星繞太陽公轉(zhuǎn)的橢圓形軌道有關(guān)。一個月后，研究人員又發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六南極表面特定高度的大氣層中存在含有甲烷液滴的零星霧層。這首次證明，土衛(wèi)六可能也像地球一樣存在著活躍的“水文循環(huán)”，只不過其循環(huán)主角是碳氫化合物甲烷。西班牙巴斯克大學的科學家們通過數(shù)據(jù)模型分析認為，當土衛(wèi)六大氣層中的甲烷濕度超過80%時，就會產(chǎn)生時速達72千米的上升氣流，并形成厚厚的云層，隨后一場傾盆甲烷雨就會從天而降。目前科學家們認為，土衛(wèi)六表面湖泊的主要成分是液體甲烷，在湖下冰殼深處則是由水和氨組成的海洋。生命存活的必要條件之一是有液體提供養(yǎng)分和幫助完成新陳代謝。由此推測土衛(wèi)六具有孕育生命的可能性。

2009年8月，圣保羅媒體報道，巴西坎皮納斯國家光學同步實驗室的科學家最近獲得一項重要發(fā)現(xiàn)，他們在土衛(wèi)六的環(huán)境仿真模擬條件下獲得腺螵吟分子。而腺螵吟分子是DNA的四個主要構(gòu)成部分之一，是構(gòu)成生命的重要基礎(chǔ)。參與該項目的研究員賽爾西奧·皮林稱，這一發(fā)現(xiàn)顯示，土衛(wèi)六上具有存在生命的可能性。這又間接證明了土衛(wèi)六可以孕育生命。

土衛(wèi)六上的河道

上圖是麗姬亞海常見的海岸線，下圖則顯示出了神秘的明亮物體

這幅以土衛(wèi)六北極為中心點的假色圖，分別以藍色和黑色來呈現(xiàn)其表面在零下180攝氏度之下，還能保持液態(tài)的甲烷和乙烷湖海。制作這張圖的數(shù)據(jù)，是由“卡西尼”號探測器的雷達在2004年到2013年之間多次飛越土衛(wèi)六時所取得的

土衛(wèi)六顯露新秘密

由于北半球光照變強，土衛(wèi)六的新秘密顯露出來——被研究人員稱為“魔幻島”的神秘明亮物體。這個亮點位于土衛(wèi)六的第二大海麗姬亞海，是2013年借助同年7月10日“卡西尼”號上的儀器在土衛(wèi)六上發(fā)現(xiàn)的數(shù)個類似亮點之一?？茖W家們認為，這項發(fā)現(xiàn)表示土衛(wèi)六北半球的液體并非簡單的停滯不動，而是時有發(fā)生變化?？的螤柎髮W研究生、相關(guān)研究論文第一作者賈森·霍夫加特納說，研究人員認為這些亮點可能是漂浮的甲烷“冰山”或其他變暖跡象，如波浪或泡狀物。他指出，這一發(fā)現(xiàn)說明，土衛(wèi)六北半球的液體不只是死水一潭，而是實實在在地發(fā)生著變化。他表示，他們還不確定是什么導致了“魔幻島”的出現(xiàn)。

這些亮點是土衛(wèi)六上的甲烷和乙烷可能因夏季溫暖而活躍起來的跡象之一，這與地球上的湖泊應(yīng)對季節(jié)變換的方式相似。用科學術(shù)語來描述，這個亮斑應(yīng)該被稱為“暫現(xiàn)特征”或“瞬變的特征”，但發(fā)現(xiàn)它的天文學家幽默地將它稱為“魔幻島”。截至目前，土衛(wèi)六上的湖泊格外平靜。但科學家覺得這種平靜令人費解，因為土衛(wèi)六表面例如沙丘有風吹動的痕跡。

研究人員期望土衛(wèi)六的夏天也許會醞釀風暴，就像在地球上那樣?；舴蚣犹丶{說：“現(xiàn)在進入夏至了，我們正在觀察任何由太陽催生的活動過程。這是迄今為止關(guān)于土衛(wèi)六的最了不起的科學發(fā)現(xiàn)之一，我們還有3年時間來探索。”

土衛(wèi)六的表面溫度剛好低于甲烷的冰點——零下183攝氏度。霍夫加特納表示，由于土衛(wèi)六與太陽之間距離是地日距離的10倍，所以夏季和冬季的溫差沒那么明顯。他說，當2017年夏至達到峰值時，氣溫也只比冬季高幾度。雖然如此，鑒于土衛(wèi)六是太陽系中除地球之外唯一擁有湖泊、河流和小面積海域的天體，科學家認為，夏至可能使它上面的湖泊變得足夠溫暖，從而能釋放氣體即前述的泡狀物或大塊甲烷冰。一些模型顯示，湖泊表面的濕氣和熱量甚至可能引發(fā)小規(guī)模熱帶氣旋，類似于地球上的颶風。

在2013年7月以前的觀測中，麗姬亞海地區(qū)完全未發(fā)現(xiàn)任何特征，連波浪都沒有。土衛(wèi)六的四季變化比地球的更加漫長。它的北半球正處于春季與夏季的過渡期，天文學家認為新發(fā)現(xiàn)的這一奇怪特征可能源于季節(jié)的變化：北半球的風可能推動并形成了麗姬亞海的波浪；氣體可能從麗姬亞海的海底排出，并以氣泡的形式上升至湖泊表面；冬天冷風所形成的沉沒固體可能隨著土衛(wèi)六春天的到來，溫度逐漸上升而上浮。外，麗姬亞?？赡苡袘腋〉墓腆w，后者既不沉沒也不漂浮，而是在陸地三角洲上以類似淤泥的形式堆積。

霍夫加德納說，很有可能是好幾種不同的過程——例如風、雨和潮汐——共同影響了土衛(wèi)六上的甲烷和乙烷湖泊。我們想要觀察地球上發(fā)生的地質(zhì)過程與它之間的相似性和差異性?！白罱K，它將幫助我們更好的理解地球上的液態(tài)環(huán)境?！?/p>

研究人員說，土衛(wèi)六北半球的光照量從2009年開始慢慢增多，并將在2017年達到頂峰。當2004年“卡西尼”號探測器抵達土衛(wèi)六時，其北極地區(qū)還處于溫度極低的狀態(tài)，故而當時沒有發(fā)現(xiàn)“魔幻島”。