科学首页 > 天文航天 > 新闻列表 > 正文

探秘土卫六奇特现象 山水河流如地球远古"化身"

http://www.kexue.com 2013-08-13 09:08:14 文汇报  发表评论


土卫六上的很多自然现象在地球也能见到

土卫六被认为是最接近远古地球的星体

  夏天临近,厚厚的雾气在空中漂浮,暴雨袭来,久旱的土地迎来少见的雨水……这是一幅多么熟悉的风景啊!但这一幕发生在距地球超过10亿千米的地方——土卫六。土卫六被认为是整个太阳系中最像地球的地方。以前,人们对它知之甚少,是一艘名为“卡西尼”的土星探测器为我们带来了大量有关土卫六的知识。“卡西尼号”于2004年抵达土星,其间飞临土卫六几十次,并将一个名为“惠更斯”的着陆器释放到了土卫六上。

  “怪异行星的样本”

  土卫六看起来的确很像地球,但它非常寒冷,昏暗。那里的石头由水冰组成,湖水由碳氢化合物组成。土卫六的表面温度为零下180℃,活脱就是一个“太空冰箱”,人们至今没有在那里找到可以得到证实的生命迹象也便不足为奇了。但土卫六又是活跃的,它的大气和地表风景时刻发生着变化:云在雾气中浮动,甲烷雨落下后沿着河流一样的水道流进浅湖中,巨大的“沙丘”分布在赤道附近,看上去像撒哈拉沙漠,那组成“沙丘”的物质是暗色的,很像沥青,而不是沙子。土卫六是一个离奇的世界,行星科学家们称它为“地球的原型,怪异行星的样本”。

  土卫六又名泰坦,1655年荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯发现了它。在希腊神话中,泰坦是一个独眼巨人,而在太阳系的卫星中,土卫六也的确堪称“巨人”,它的直径达5150千米,比水星还大,是土星最大的卫星。它还一直被认为是太阳系中最大的卫星,直到后来查明了木卫三的直径后,人们才发现它的个头次于木卫三,在太阳系的卫星中位列第二。

  2004年12月25日,“惠更斯号”脱离“卡西尼号”飞向土卫六。次年1月14日,“惠更斯号”着陆土卫六,它最终落在了一条空旷的河道附近,河道里似乎不久前还流淌过液体,一些小岩石散布在地上,它们光滑、浑圆的模样很像地球上河流旁边常见的石头。

  橙色雾霭

  假如置身土卫六上,你会看到一种浓密的橙色雾霭,非常像地球上的烟雾污染。事实上,它的产生过程与地球上的烟雾污染也的确相同,那就是空气中的光化学反应。在地球上的一些大工业城市中,烟雾来源于低层大气中氧、氮和碳氢化合物在阳光作用下发生的化学反应;但在土卫六上,这样的光化学反应开始于大气的顶层。在那里,紫外线和宇宙射线的作用引发了甲烷和氮分子之间的化学反应,从而生成了碳氢化合物和氰化物,这些物质在下降过程中进一步发生化学反应并最终生成了一种复杂的化合物,科学家们称之为“索林斯”。索林斯是一种大而复杂的有机分子,是有机生物分子的前身,不过人们对它的了解还相当少。

  当索林斯降到大气的低处时,它们便形成了一个很厚的层面,这个层面会阻挡太阳紫外线,影响大气环流和气候变化。再接下来,它们中的粒子进一步增长并且终于在接近地表处的由氮和甲烷组成的大气中稳定了下来。索林斯也可能曾经降落在早期的地球上,但它们并没有像在土卫六上那样“定居”下来,因为地球上的氧在大约20亿年前就变得丰富起来,索林斯遭到了破坏,便从地球上消失了。

  按理说,土卫六大气层中的甲烷应该在1500万年前就被光化学反应消耗殆尽了,但奇怪的是这种事并没有发生,所以土卫六如何维持它的大气层还是一个谜,也许它还拥有正在喷发着甲烷的间歇泉和火山,只是“卡西尼号”尚没有发现它们。

  “春天的甲烷雨”

  在“卡西尼号”探访土星之前,人们认为土卫六上有大片湖泊,但“卡西尼号”的探测显示,土卫六上的湖泊面积只占地表面积的很小部分,且大多集中在极地地区。“卡西尼号”还发现了一些“河道”,如2012年9月,“卡西尼号”拍摄了一条长达400千米的河道,河道中的液态碳氢化合物一直流入位于土卫六北极地区的一个名为“丽姬娅”的湖中。科学家们推测,土卫六的表面很像美国西南部的沙漠地区,那里的河床在一年的大多数时间里是干涸的,只有在雨季才会有水。

  尽管人们没有直接看到土卫六上降雨的情景,但“卡西尼号”似乎向人们提供了土卫六上有降雨的非常诱人的证据。比如,它曾发现在靠近沙漠的地方有一些蜿蜒曲折的水道,某一时期那些地方变暗了,几个星期后那里的地表又恢复了原状。这个发现很有理由让科学家们产生联想,他们认为是一场“春天的甲烷雨”打湿了那里的地表,然后那些“水”又蒸发或者流失掉了。科学家还推测,土卫六上的雨滴和地球上的雨滴非常像。不过在土卫六上,由于引力更弱,那些雨滴可能更大,降落的速度也更慢,其中的一些甚至在穿越干燥的下层大气时就被蒸发掉了,根本就到达不了地面。

  有机会造访土卫六的人在下雨天会看到怎样一幅情景呢?土卫六厚厚的雾霭将绝大多数阳光遮挡住了,只有波长更长的红光能够照亮地面。假若阳光透过甲烷雨的雨滴折射出一道彩虹来,那人们看到的将是由不同的红色组成的彩虹,而不是七彩彩虹。

  “湖水”之谜

  土星绕太阳运行一周需要29.5年,随着土星的运行,土卫六上的季节也随之发生缓慢的变化。自“卡西尼号”抵达土星以来,土卫六已越过它的春分点,正等待着夏季的来临。

  土卫六上的湖泊隐藏着不少秘密。首先是湖泊中的“水”究竟有多少就很难判断,因为它们的深度难以琢磨。在湖中,碳氢化合物的混合物质使土卫六的“水”的循环变得十分复杂,这也是科学家们很感兴趣的一个问题。“卡西尼号”已经证明,南半球的安大略湖中有乙烷,而甲烷雨应该也会落到湖中,但甲烷比乙烷和丙烷不稳定得多,所以它们大概蒸发得最快,于是便把更重的碳氢化合物留在湖中。法国科学家通过计算机模拟,综合“卡西尼号”的观测数据研究了湖中的物质组成,结果显示,两极地区的湖泊中,乙烷大约占四分之三,另有10%的甲烷,7%的丙烷,以及更少的氢氰酸、丁烷、氮和氩。但化学组成在每个湖中并不都是一样的,所以“湖水”的特性也会因湖泊的不同而大异其趣。

  奇怪的是,人们至今也没有观测到任何有关波浪的证据。土卫六的湖面如此平静实在令人费解,按理说,甲烷和乙烷的混合物比水还轻,而土卫六的引力又比地球小,况且土卫六上的风速不会小于每秒1米,所以土卫六上的湖面应该更容易掀起波浪才是。不过研究显示,土卫六上的风会随着季节的变化而发生改变,所以随着土卫六夏天的日益临近,也许这个谜团就可以解开了。

  在土卫六上,更令人惊讶的是大片的“沙丘”,它覆盖了土卫六20%的表面。在地球上,沙丘的形成来自于稳定的风的吹动,风将沙粒吹散开来,堆积成山脊似的形状,并使之越变越大,那些沙子通常来自石英、石膏和玄武岩。但在土卫六上,“沙粒”来自于大气层中的索林斯,它们降到地面后,被某种迄今尚不知道的力量塑造成了碳氢化合物的“沙粒”。一旦阳光经过赤道,风就会大起来,在这种风的吹动下,“沙粒”便以和地球上产生沙丘的相同道理形成土卫六的“沙丘”了。

  生命迹象

  土卫六既然如此活跃,又有循环流动的大气和“水”,所以有科学家便相信,土卫六上很有可能存在着某种形式的生命。

  2011年6月,有科学家声称,土卫六上可能存在着某种未知的生物,因为“卡西尼号”的探测表明,土卫六大气中的氢气在临近星球表面时没有了,而土卫六表面理应存在的乙炔也并没有探测到,所以他们推测,氢气可能被土卫六上的某种生物呼吸掉了,而乙炔则可能是被那种生物“吃”掉了。对于这个观点,反对的声音也不少,因为类似含氢化合物沉降的现象在早期地球的大气层中也一直存在,但地球上并没有出现以乙炔为消耗物的生命形式。

  随着人们对土卫六探测的日益深入,它的大气组成和化学物质让人们嗅到了远古地球的气息。现代科学认为,生命来自于某些小分子无机物,如甲烷、氨、氢气等,它们在诸如紫外光、电离辐射、雷电等外在的某种能量的作用下生成有机的小分子物质,这些简单的有机物在水的参与下逐渐形成简单的有机高分子物质,如蛋白质、核酸等。在特定的条件下,它们进一步形成可与外界进行简单物质交换的多分子体系。最后,又通过蛋白质和核酸的相互作用形成有原始新陈代谢功能且能进行自我繁殖的早期原始生命。人们认为,早期地球的生命就是这样由简单到复杂地进化而来的,而当时地球的情形就与现在的土卫六很有几分相像。科学家们说,土卫六上的索林斯能经由某种形式的化学反应形成复杂的有机分子,这只不过是在重复早期地球上曾经发生过的事情而已。

  这样看来,也许一个更加大胆和更富于想象力的土卫六探测计划是十分必要的,事实上,这样的计划正在酝酿。科学家们建议在下一轮的土卫六探测活动中使用船舶、热气球甚至飞机对其大气、地表和湖泊进行全方位的探测。例如,人们有可能打造一艘名为“土卫六海洋探测器”的探测船降落在“丽姬娅”的水面上,然后在水面上逐浪漂浮,借风前行。

  “丽姬娅”是土卫六上一片最大的水面,比地球上最大的淡水湖北美的苏必利尔湖还要大,占整个土卫六表面面积的0.12%。鉴于此,科学家们也将“丽姬娅”称为“海”。按照计划,“土卫六海洋探测器”将在“丽姬娅”展开为期3~6个月的“水上考察”。它将用声纳探测土卫六奇妙的水中世界,用质谱仪检测湖水的化学组成,研究其中的碳基化学物质和有机分子。“土卫六海洋探测器”携带放射性元素发电机,依靠钚元素的衰变为仪器提供电能。初步计划,它将于2016年启程,7年后,也就是2023年抵达土卫六。

  除了揭秘生命起源的奥秘之外,土卫六还将帮助我们探索系外行星的奥秘。现在,开普勒太空望远镜已经在太阳系外发现了1200多颗系外行星的“潜在目标”,但人们并不知道那些行星上的世界究竟是怎样的,例如地表如何形成,大气如何演变等等。但假若科学家们对活跃的土卫六也有了深入的了解,人们便会拥有更多的知识去认识系外行星,推测的依据会更充分一些,我们对宇宙的理解也会更加深入一步。

  相关阅读
  美测试漂浮机器人 或登陆"土卫六"搜寻生命(图)
  土卫六或为"肮脏星球" 上空存与地球类似污染物
  美绘制土卫六首份地形图 具山脉河流与地球相似
  土卫六或存飓风现象 暴风直径可达100公里(图)
  科学家揭示土卫六"不老之谜" 沙丘填充表面陨坑
 

网友评论以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点 已有条评论