□ 思飛

據(jù)美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站6月22日?qǐng)?bào)道，隨著土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六迎來(lái)夏至，該星球變暖，神秘“魔幻島”浮現(xiàn)。這是科學(xué)家2013年通過(guò)“卡西尼”號(hào)探測(cè)器的雷達(dá)圖像做出的新發(fā)現(xiàn)，刊登在22日出版的《自然-地學(xué)》雜志上。鑒于土衛(wèi)六是太陽(yáng)系中可能孕育生命的天體之一，因而人們對(duì)其新的發(fā)現(xiàn)較為關(guān)注。

“惠更斯”號(hào)著陸探測(cè)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(wàn)千米、直徑5150千米，在太陽(yáng)系眾多的天然衛(wèi)星中，僅小于木衛(wèi)三，排行老二。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六上有明顯的大氣，大氣層厚度達(dá)2700千米，氣壓是地球的1.5倍。科學(xué)家們認(rèn)為，它既有大氣就可能有生命，故而特別關(guān)注對(duì)其進(jìn)行的航天探測(cè)。土衛(wèi)六、土衛(wèi)二、木衛(wèi)二、火星和木衛(wèi)一被認(rèn)為是太陽(yáng)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(yáng)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(jī)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(guò)4個(gè)航天器——“先驅(qū)者”11號(hào)、“旅行者”1號(hào)和2號(hào)、“卡西尼”號(hào)。

“卡西尼”號(hào)于1997年10月15日發(fā)射升空，由美國(guó)航宇局研制的“卡西尼”號(hào)軌道器和歐空局研制的“惠更斯”號(hào)的子探測(cè)器組成。軌道器有12臺(tái)儀器，子探測(cè)器有6臺(tái)儀器。經(jīng)過(guò)近7年飛行、行程35億多千米之后，“卡西尼”號(hào)于2004年7月1日進(jìn)入環(huán)繞土星的軌道，開(kāi)始探測(cè)工作?！翱ㄎ髂帷碧?hào)在繞土星飛行過(guò)程中釋放了“惠更斯”號(hào)子探測(cè)器，后者飛向土衛(wèi)六并進(jìn)行了著陸探測(cè)。按照原定計(jì)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(cè)資料和所拍照片用無(wú)線電信號(hào)陸續(xù)發(fā)回地球。由于其性能良好，目前仍在繼續(xù)探測(cè)工作，故將延期服役至2017年。

在“卡西尼”號(hào)內(nèi)“沉睡”了7年的“惠更斯”號(hào)于北京時(shí)間2005年1月14日20時(shí)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?！盎莞埂碧?hào)著陸后繼續(xù)其探測(cè)工作，直到攜帶的電池能量耗盡為止，這一時(shí)間持續(xù)了1.5小時(shí)，超出了原定1小時(shí)的時(shí)限?！盎莞埂碧?hào)不斷把采集到的數(shù)據(jù)和拍到的照片發(fā)送給“卡西尼”號(hào)，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(hào)獲得的部分?jǐn)?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(hào)探測(cè)器

“旅行者”1號(hào)探測(cè)土衛(wèi)六

從“惠更斯”號(hào)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(xué)家們初步分析認(rèn)為，這可能是液體流動(dòng)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(gè)象素代表實(shí)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(cuò)、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(hào)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(cè)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(xué)家推斷說(shuō)，土衛(wèi)六表面有甲烷的積蓄地。探測(cè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人讓-皮埃爾·勒布勒東說(shuō)：“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(hào)撞擊土衛(wèi)六表面之后，一些甲烷因接觸探測(cè)器摩擦燒紅的管子而被蒸發(fā)?！狈N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(duì)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(huì)上稱，科學(xué)家們分析“惠更斯”拍攝的土衛(wèi)六照片后認(rèn)為，它的著陸地點(diǎn)可能剛剛下過(guò)甲烷雨。總的來(lái)說(shuō)，許多地球上可以發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)活動(dòng)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(xué)成分上存在很大不同。土衛(wèi)六沒(méi)有液態(tài)水只有液態(tài)甲烷，沒(méi)有硅化的巖石只有固態(tài)的含水冰塊，沒(méi)有泥土質(zhì)的土地只有碳?xì)浠衔镱w粒的沉淀形成的土地。在地球上甲烷是一種可燃?xì)怏w，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(shuō)土衛(wèi)六上就有原始生命跡象。盡管如此，這也使人類對(duì)土衛(wèi)六比以前有了更多地了解。

“卡西尼”號(hào)近探土衛(wèi)六

2004年10月27日，美國(guó)航宇局深空測(cè)控地面控制中心帕薩迪納噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布公告說(shuō)，“卡西尼”號(hào)于10月26日飛越了迄今以來(lái)距離土衛(wèi)六的最近點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了探測(cè)。在這次歷時(shí)44個(gè)小時(shí)的近距離飛越土衛(wèi)六過(guò)程中，“卡西尼”號(hào)共拍攝了500幅照片，收集了大量雷達(dá)數(shù)據(jù)。它用攜帶的成像設(shè)備包括多部紅外照相機(jī)和掃描雷達(dá)裝置，獲得的照片要比先前所有航天探測(cè)器和地面望遠(yuǎn)鏡所拍攝到的照片都清晰100倍以上，像足球場(chǎng)大小的獨(dú)特地貌都能顯示出來(lái)。其中掃描雷達(dá)獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后可以像黑白照片一樣給出土衛(wèi)六地表的詳細(xì)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(dá)照片顯示，土衛(wèi)六地表有一些與在金星上流動(dòng)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(jī)物的凝固的湖泊。僅覆蓋土衛(wèi)六地表百分之一的雷達(dá)數(shù)據(jù)還顯示，比地表更深一層的物質(zhì)是一些有機(jī)物。領(lǐng)導(dǎo)雷達(dá)小組的查爾斯·葉拉奇說(shuō)：“我們還看到了一些從地質(zhì)學(xué)角度來(lái)講處于生命期的地方。”

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(dòng)，包括曾經(jīng)發(fā)生火山爆發(fā)和地殼型開(kāi)裂?？茖W(xué)家們說(shuō)，雖然土衛(wèi)六赤道地區(qū)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)，但其由水組成的冰核中可能混合了氨，由于氨的冰點(diǎn)較低，故而冰塊可在土衛(wèi)六表面流動(dòng)。氨是火山爆發(fā)時(shí)噴發(fā)到土衛(wèi)六表面上的。他們認(rèn)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(guò)研究土衛(wèi)六土壤和大氣中的化學(xué)反應(yīng)來(lái)揭開(kāi)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(hào)在距離土衛(wèi)六90萬(wàn)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(hào)向土衛(wèi)六釋放“惠更斯”號(hào)子探測(cè)器

“卡西尼”號(hào)多次飛越土衛(wèi)六，用攜帶的雷達(dá)裝置掃描土衛(wèi)六兩極地區(qū)，發(fā)現(xiàn)存在黑斑。雷達(dá)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(hào)。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?yàn)榻嵌葐?wèn)題，這些雷達(dá)觀測(cè)未能看到湖泊表面亮的反射光。因此，部分科學(xué)家認(rèn)為，這也可能是干燥的湖床或一塊塊煙灰。

“惠更斯”號(hào)在土衛(wèi)六表面著陸示意圖

2008年12月，“卡西尼”號(hào)用雷達(dá)裝置直接對(duì)準(zhǔn)土衛(wèi)六最大的湖——安大略·拉庫(kù)斯湖進(jìn)行探測(cè)，結(jié)果獲得了極強(qiáng)的反射信號(hào)。該湖位于土衛(wèi)六的南極，直徑達(dá)235千米。雷達(dá)的反射波顯示，這個(gè)巨大的湖表面的高度變化不超過(guò)3毫米。科學(xué)家據(jù)此認(rèn)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(guó)《新科學(xué)》周刊網(wǎng)站報(bào)道了這項(xiàng)最新研究成果。此前已有大量證據(jù)表明，安大略·拉庫(kù)斯湖里是液體而非干泥。這次基于雷達(dá)觀測(cè)得出的新發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了上述結(jié)論是正確的。

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

2009年2月3日美媒報(bào)道，科學(xué)家們對(duì)“卡西尼”號(hào)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(gè)面積為3.4萬(wàn)平方米的新的液體甲烷湖泊。同年11月，美國(guó)加州理工學(xué)院的研究人員通過(guò)分析“卡西尼”號(hào)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(rèn)為，這種現(xiàn)象可能與土星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的橢圓形軌道有關(guān)。一個(gè)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(guò)其循環(huán)主角是碳?xì)浠衔锛淄?。西班牙巴斯克大學(xué)的科學(xué)家們通過(guò)數(shù)據(jù)模型分析認(rèn)為，當(dāng)土衛(wèi)六大氣層中的甲烷濕度超過(guò)80%時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生時(shí)速達(dá)72千米的上升氣流，并形成厚厚的云層，隨后一場(chǎng)傾盆甲烷雨就會(huì)從天而降。目前科學(xué)家們認(rèn)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(cè)土衛(wèi)六具有孕育生命的可能性。

2009年8月，圣保羅媒體報(bào)道，巴西坎皮納斯國(guó)家光學(xué)同步實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家最近獲得一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谕列l(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(gè)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(xiàng)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(jiàn)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(diǎn)的假色圖，分別以藍(lán)色和黑色來(lái)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(hào)探測(cè)器的雷達(dá)在2004年到2013年之間多次飛越土衛(wèi)六時(shí)所取得的

土衛(wèi)六顯露新秘密

由于北半球光照變強(qiáng)，土衛(wèi)六的新秘密顯露出來(lái)——被研究人員稱為“魔幻島”的神秘明亮物體。這個(gè)亮點(diǎn)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(hào)上的儀器在土衛(wèi)六上發(fā)現(xiàn)的數(shù)個(gè)類似亮點(diǎn)之一?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)表示土衛(wèi)六北半球的液體并非簡(jiǎn)單的停滯不動(dòng)，而是時(shí)有發(fā)生變化?？的螤柎髮W(xué)研究生、相關(guān)研究論文第一作者賈森·霍夫加特納說(shuō)，研究人員認(rèn)為這些亮點(diǎn)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(shuō)明，土衛(wèi)六北半球的液體不只是死水一潭，而是實(shí)實(shí)在在地發(fā)生著變化。他表示，他們還不確定是什么導(dǎo)致了“魔幻島”的出現(xiàn)。

這些亮點(diǎn)是土衛(wèi)六上的甲烷和乙烷可能因夏季溫暖而活躍起來(lái)的跡象之一，這與地球上的湖泊應(yīng)對(duì)季節(jié)變換的方式相似。用科學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述，這個(gè)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(xué)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(xué)家覺(jué)得這種平靜令人費(fèi)解，因?yàn)橥列l(wèi)六表面例如沙丘有風(fēng)吹動(dòng)的痕跡。

研究人員期望土衛(wèi)六的夏天也許會(huì)醞釀風(fēng)暴，就像在地球上那樣?；舴蚣犹丶{說(shuō)：“現(xiàn)在進(jìn)入夏至了，我們正在觀察任何由太陽(yáng)催生的活動(dòng)過(guò)程。這是迄今為止關(guān)于土衛(wèi)六的最了不起的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，我們還有3年時(shí)間來(lái)探索?！?/p>

土衛(wèi)六的表面溫度剛好低于甲烷的冰點(diǎn)——零下183攝氏度。霍夫加特納表示，由于土衛(wèi)六與太陽(yáng)之間距離是地日距離的10倍，所以夏季和冬季的溫差沒(méi)那么明顯。他說(shuō)，當(dāng)2017年夏至達(dá)到峰值時(shí)，氣溫也只比冬季高幾度。雖然如此，鑒于土衛(wèi)六是太陽(yáng)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(xué)家認(rèn)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(fēng)。

在2013年7月以前的觀測(cè)中，麗姬亞海地區(qū)完全未發(fā)現(xiàn)任何特征，連波浪都沒(méi)有。土衛(wèi)六的四季變化比地球的更加漫長(zhǎng)。它的北半球正處于春季與夏季的過(guò)渡期，天文學(xué)家認(rèn)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(fēng)可能推動(dòng)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(fēng)所形成的沉沒(méi)固體可能隨著土衛(wèi)六春天的到來(lái)，溫度逐漸上升而上浮。外，麗姬亞海可能有懸浮的固體，后者既不沉沒(méi)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(shuō)，很有可能是好幾種不同的過(guò)程——例如風(fēng)、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(guò)程與它之間的相似性和差異性。“最終，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(shuō)，土衛(wèi)六北半球的光照量從2009年開(kāi)始慢慢增多，并將在2017年達(dá)到頂峰。當(dāng)2004年“卡西尼”號(hào)探測(cè)器抵達(dá)土衛(wèi)六時(shí)，其北極地區(qū)還處于溫度極低的狀態(tài)，故而當(dāng)時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)“魔幻島”。