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卡西尼号探索泰坦星上的甲烷海洋

时间:2016年04月28日 信息来源:中国科技网 点击: 【字体:

中国科技网4月27日报道 在我们太阳系的数百颗卫星中,泰坦(土卫六)是唯一一个存在浓密大气层和大型液态水的星球,这使其在某些方面更像类地行星。


地球和泰坦星都有一个以氮气为主的大气层,泰坦星大气层的氮含量超过95%。与地球不同的是,泰坦星上的氧气很少,其余气体主要是甲烷和微量的其它气体,如乙烷。当土星距离太阳最远时,这个星球处于极端寒冷的温度下,这时候甲烷和乙烷以液体形态存在。


为此,科学家们一直推测泰坦星上可能存在碳氢湖和海洋,而且从NASA/ESA的卡西尼-惠更斯任务中获取的数据不会让你失望。自2004年抵达土星系统,卡西尼号飞船已经纵览了土星表面62万平方英里(160万平方公里)的面积,其中近2%的表面被液体覆盖。


泰坦星上有三个大型海洋,都位于这个星球的北极,被北半球上的许多小湖泊包围。只有一个大型湖泊存在于南半球。


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这些液体的确切成分还不明确,直到2014年,卡西尼号雷达仪首次显示丽姬亚海,泰坦星上第二大海洋,面积与休伦湖和密歇根湖之和相当,富含甲烷。这项新研究发表在《地球物理研究:行星》期刊上,在不同模式下使用雷达仪器,独立地证实了这一结果。 “在卡西尼号之前,我们本认为丽姬亚海可能主要由乙烷构成,当阳光照射导致甲烷分子分裂,大气层中就产生了大量乙烷。与我们预计的相反,这片海主要是由纯甲烷构成的,” Alice Le Gall说。她是法国巴黎LATMOS实验室的卡西尼雷达团队研究院,也是这项新研究的第一作者。


这项新研究的数据是卡西尼雷达仪器在2007-2015年飞越泰坦星时收集的。


根据Le Gall的分析,几个可能的解释也许能够说明泰坦海洋的主要构成成分是甲烷。“丽姬亚海可能得到了新鲜甲烷雨的补充,或者是某些物质从海洋中移除了乙烷。乙烷可能在洋底地壳终结,或者它流入了临近海域克拉肯海,但这还需要进一步的调查研究。”


在他们的研究中,科学家们将几个雷达观测的,丽姬亚海释放的热量数据合并。他们还利用了2013年一项实验的数据,这些数据是丽姬亚海返回的无线电信号。这个实验的结果发表在2014年的一篇论文中,作者是雷达团队研究员,来自纽约州伊萨卡的康奈尔大学的马可 马斯特罗朱塞佩,他也参与了目前这项研究。


2013年的实验中,雷达仪器检测到了来自海底的回波,根据卡西尼号对丽姬亚海的跟踪监测,推断出了丽姬亚海的深度,这也是首次探测到外星海洋的洋底。科学家们非常震惊地发现,根据雷达追踪,海洋最深处的深度足有525英尺(160米)。


Le Gall和她的同事们利用测深信息将液体海洋和洋底的观测温度分开研究,这样能够深入地了解它们各自的组成。


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“我们发现,丽姬亚海海底可能是由富含有机物的污泥层覆盖,”Le Gall补充说 。


在泰坦的大气中,氮和甲烷反应产生各种各样的有机物质。科学家相信最重的物质会降落在星球表面。Le Gall和她的同事们认为,当这些化合物会进入海洋,无论是直接从空中落下,通过雨水还是通过泰坦的河流流入,有些物质溶解在液态甲烷中,不溶性的化合物,如腈和苯,则沉入海底。


该研究还发现,丽姬亚海海岸线可能是多孔的而且充满了液态碳氢化合物。如果数据跨度是从泰坦星的冬天到春天,科学家们预计,与地球上的海边一样,泰坦星上海边的固体地形会比海洋更快地回暖。


然而,根据卡西尼号的测量数据,科学家们并没有发现,在这段时间里,海水温度和海岸边有着显著差异。这表明,湖泊和海洋周围的地形是湿润的,充满了液态碳氢化合物,这让它们的升温和降温速度与海洋本身一样。


“我们正在对另一个行星的卫星上所存在外星海洋提供合理的解释分析,这是一个非常了不起的成就,”史提夫 沃尔说,他是位于加利福尼亚州帕萨迪纳,美国宇航局喷气推进实验室的研究人员,也是卡西尼号雷达团队的副主任。“泰坦还会有让我们震惊的发现。”


卡西尼-惠更斯任务是美国宇航局和ESA(欧洲航天局),意大利航天局的一个合作项目。喷气推进实验室,位于帕萨迪纳的加州理工大学的一个部门,负责在华盛顿的美国宇航局科学任务理事会的任务。雷达仪器是由喷气推进实验室和意大利航天局建造的,还有来自美国和几个欧洲国家的团队成员共同参与研究工作。


(作者:张微 编译)
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