土卫六为什么有充满甲烷的湖泊?卡西尼号数据又有新发现

使用美国宇航局卡西尼号航天器的雷达数据,最新发表的研究提出了一个新场景,来解释为什么土星的卫星土卫六(泰坦)上一些充满甲烷的湖泊,被高达数百英尺的陡峭边缘所包围。这些模型表明,变暖的氮气爆炸在土卫六地壳中形成了盆地。土卫六是太阳系中除地球之外唯一已知在其表面有稳定液体的星体。但在泰坦上,天文学家认为是气体甲烷和乙烷碳氢化合物在泰坦寒冷的气候中表现为液体,而不是像地球上那样从云层中倾泻而下,充斥着湖泊和海洋。

土卫六为什么有充满甲烷的湖泊?卡西尼号数据又有新发现

大多数现有模型揭示了泰坦湖泊的起源,显示液态甲烷溶解了月球的冰基和固体有机化合物,形成了充满液体水库。这可能是泰坦上有尖锐边界的一种湖泊起源。在地球上,通过溶解周围的石灰岩而形成类似的水体被称为岩溶湖。

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一些较小湖泊(几十英里宽)的新替代模型颠覆了这一理论:提出泰坦地壳中的液氮口袋变暖,转化成爆炸性气体吹出火山口,然后充满液态甲烷。新理论解释了为什么泰坦北极附近一些较小的湖泊,如温尼伯拉库斯,在雷达成像中似乎有非常陡峭的边缘,高耸在海平面之上,边缘很难用岩溶模型来解释。

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这些雷达数据是由“卡西尼号土星轨道器”(Cassini Saturn Orbiter)收集,该任务由美国宇航局(NASA)位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室管理。这是该航天器最后一次近距离飞越土卫六时收集的数据,当时该航天器正在为两年前最后一次进入土星大气层做准备。由意大利G.d‘Annunzio大学Giuseppe Mitri领导的一个国际科学家小组确信,岩溶模型与在这些新图像中看到的不一致。边缘上升,岩溶过程以相反的方式工作,但没有找到任何与岩溶湖盆地相吻合的解释。

土卫六为什么有充满甲烷的湖泊?卡西尼号数据又有新发现

实际上,形态更像是一个爆炸陨石坑,环形山的边缘是由从火山口内部喷射出来的物质形成,这是一个完全不同的过程,其研究发现发表在《自然地球科学》期刊上。与其他泰坦气候模型的网格显示,与较早的泰坦“冰河时代”相比,土卫六可能是温暖的。在土卫六过去的五亿年或十亿年里,其大气中的甲烷起到了温室效应作用,使土卫六保持相对温暖,尽管以地球的标准来看仍然很冷。长期以来,科学家们一直认为,土卫六已经经历了冷却和变暖的时代,因为甲烷被太阳驱动的化学物质耗尽,然后再补充。

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在较冷的时期,氮气主导了大气,向下降雨,并通过冰冷的地壳循环,在地表下方的水池中聚集。这些有着陡峭边缘、凸起边缘的湖泊将成为泰坦历史上表面和地壳中存在液氮时期的路标。即使是局部变暖,也足以将液氮变成水蒸气,导致液氮迅速膨胀,并吹出一个火山口。对于那些小湖泊周围陡峭的边缘,这是一个完全不同的解释,这一直是一个巨大的谜团,随着科学家们继续挖掘卡西尼号数据的宝藏,将能继续把越来越多的拼图拼凑在一起。在接下来的几十年里,会越来越好地理解土星系统。

博科园|文:Alana Johnson/phys

参考期刊《自然地球科学》

DOI: 10.1038/s41561-019-0429-0

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