土卫六浮现神秘“魔幻岛”

□ 思飞

据美国趣味科学网站6月22日报道，随着土星最大的卫星土卫六迎来夏至，该星球变暖，神秘“魔幻岛”浮现。这是科学家2013年通过“卡西尼”号探测器的雷达图像做出的新发现，刊登在22日出版的《自然-地学》杂志上。鉴于土卫六是太阳系中可能孕育生命的天体之一，因而人们对其新的发现较为关注。

“惠更斯”号着陆探测土卫六

在已知的62颗土星卫星中，土卫六是最早被发现的，也是体积最大的。这颗亦称“泰坦”的卫星距土星122万千米、直径5150千米，在太阳系众多的天然卫星中，仅小于木卫三，排行老二。观测发现，土卫六上有明显的大气，大气层厚度达2700千米，气压是地球的1.5倍。科学家们认为，它既有大气就可能有生命，故而特别关注对其进行的航天探测。土卫六、土卫二、木卫二、火星和木卫一被认为是太阳系内除地球以外可能孕育生命的五大星球。尤为突出的是，在太阳系各大行星及其卫星中，唯有地球和土卫六大气中富含氮。土卫六的大气层中既含有甲烷云和一种可以孕育生命的氩氰酸有机分子，又可能依旧保存着史前地球大气层如何演化的线索。

截止到目前，人类共向土星发射过4个航天器——“先驱者”11号、“旅行者”1号和2号、“卡西尼”号。

“卡西尼”号于1997年10月15日发射升空，由美国航宇局研制的“卡西尼”号轨道器和欧空局研制的“惠更斯”号的子探测器组成。轨道器有12台仪器，子探测器有6台仪器。经过近7年飞行、行程35亿多千米之后，“卡西尼”号于2004年7月1日进入环绕土星的轨道，开始探测工作。“卡西尼”号在绕土星飞行过程中释放了“惠更斯”号子探测器，后者飞向土卫六并进行了着陆探测。按照原定计划，轨道器将在4年的飞行中绕土星76圈，其中有45次飞近土卫六，并将探测资料和所拍照片用无线电信号陆续发回地球。由于其性能良好，目前仍在继续探测工作，故将延期服役至2017年。

在“卡西尼”号内“沉睡”了7年的“惠更斯”号于北京时间2005年1月14日20时45分在土卫六表面南纬10度、东经160度附近的区域着陆。“惠更斯”号着陆后继续其探测工作，直到携带的电池能量耗尽为止，这一时间持续了1.5小时，超出了原定1小时的时限。“惠更斯”号不断把采集到的数据和拍到的照片发送给“卡西尼”号，再由后者发回地球。

土卫六有甲烷海洋

2005年1月15日，欧空局提供了“惠更斯”号获得的部分数据资料，资料表明，土卫六表面呈浅黄色，松软的表面覆盖着薄薄的一层壳。

“先驱者”11号探测器

“旅行者”1号探测土卫六

从“惠更斯”号在距土卫六表面16千米处拍得的一张照片上，能够清楚地看到一些深色线条。科学家们初步分析认为，这可能是液体流动形成的河床。它们流入一片深色区域。该处或许是液态甲烷和乙烷混合体的海洋，其中的浅色斑块可能是岛屿。这张照片上每个象素代表实际距离40米，它提供的景象是：土卫六表面沟渠纵横、“河道”交错、峡谷密布、涓涓“溪流”，最后汇合成充满液体的广阔海洋。

“惠更斯”号拍摄的土卫六表面彩色照片显示，似有大量白色石块和冰块状的物体散布在甲烷气笼罩的橙黄色地表。仪器探测提供的数据表明，在土卫六上空18千米～20千米的大气层里有浓厚的云或稠密的雾，其地表温度在零下180摄氏度左右。有科学家推断说，土卫六表面有甲烷的积蓄地。探测项目负责人让-皮埃尔·勒布勒东说：“很明显，土卫六表面很柔软，就像脆皮奶油一样，其地表是脆硬的，而地下是比较柔软的物质。而且我们还发现，在‘惠更斯’号撞击土卫六表面之后，一些甲烷因接触探测器摩擦烧红的管子而被蒸发。”种种迹象表明土卫六的地表情况和大气构成类似于地球40亿年前的状态，这对研究地球大气层的形成和演化以及生命的起源具有重大意义。

2005年1月21日，勒布勒东在新闻发布会上称，科学家们分析“惠更斯”拍摄的土卫六照片后认为，它的着陆地点可能刚刚下过甲烷雨。总的来说，许多地球上可以发现的地质活动痕迹在土卫六上也都存在，那里的地貌与地球惊人相似，只是两者在化学成分上存在很大不同。土卫六没有液态水只有液态甲烷，没有硅化的岩石只有固态的含水冰块，没有泥土质的土地只有碳氢化合物颗粒的沉淀形成的土地。在地球上甲烷是一种可燃气体，而在土卫六上，由于高压低温的环境，甲烷是液态的，它在土卫六上扮演的角色，正如液态水在地球上扮演的角色。

虽然目前已能肯定土卫六表面有甲烷海洋，其气体中有大量甲烷，但是甲烷仅是存活生命的必要条件，因此还不能说土卫六上就有原始生命迹象。尽管如此，这也使人类对土卫六比以前有了更多地了解。

“卡西尼”号近探土卫六

2004年10月27日，美国航宇局深空测控地面控制中心帕萨迪纳喷气推进实验室发布公告说，“卡西尼”号于10月26日飞越了迄今以来距离土卫六的最近点，并对其进行了探测。在这次历时44个小时的近距离飞越土卫六过程中，“卡西尼”号共拍摄了500幅照片，收集了大量雷达数据。它用携带的成像设备包括多部红外照相机和扫描雷达装置，获得的照片要比先前所有航天探测器和地面望远镜所拍摄到的照片都清晰100倍以上，像足球场大小的独特地貌都能显示出来。其中扫描雷达获得的数据经过处理后可以像黑白照片一样给出土卫六地表的详细情况。这是人类首次得到穿透包裹土卫六云雾的数据。雷达照片显示，土卫六地表有一些与在金星上流动的熔岩类似的痕迹，有一些三角形的突出物可能是岩石，还有一些可能是一系列含有有机物的凝固的湖泊。仅覆盖土卫六地表百分之一的雷达数据还显示，比地表更深一层的物质是一些有机物。领导雷达小组的查尔斯·叶拉奇说：“我们还看到了一些从地质学角度来讲处于生命期的地方。”

收到的照片还提示，土卫六上可能存在大量的地质活动，包括曾经发生火山爆发和地壳型开裂。科学家们说，虽然土卫六赤道地区温度远远低于冰点，但其由水组成的冰核中可能混合了氨，由于氨的冰点较低，故而冰块可在土卫六表面流动。氨是火山爆发时喷发到土卫六表面上的。他们认为，土卫六的景象正是地球在数十亿年前生命起源之前的样子，希望通过研究土卫六土壤和大气中的化学反应来揭开生命起源之谜。

土卫六存在液体乃至生命

这是“旅行者”2号在距离土卫六90万千米处拍摄的照片。照片中可以明显地看到薄雾状的土卫六上层大气

“卡西尼”号向土卫六释放“惠更斯”号子探测器

“卡西尼”号多次飞越土卫六，用携带的雷达装置扫描土卫六两极地区，发现存在黑斑。雷达图像显示，这些区域非常平坦，就像液体湖面发出的信号。光谱数据还表明，湖里都是甲烷和乙烷。在寒冷的土卫六表面，这两种物质可能呈现液态。但是，因为角度问题，这些雷达观测未能看到湖泊表面亮的反射光。因此，部分科学家认为，这也可能是干燥的湖床或一块块烟灰。

“惠更斯”号在土卫六表面着陆示意图

2008年12月，“卡西尼”号用雷达装置直接对准土卫六最大的湖——安大略·拉库斯湖进行探测，结果获得了极强的反射信号。该湖位于土卫六的南极，直径达235千米。雷达的反射波显示，这个巨大的湖表面的高度变化不超过3毫米。科学家据此认为，湖里是液体而不是干泥或烟灰，且湖泊表面平滑如镜。2009年8月21日，英国《新科学》周刊网站报道了这项最新研究成果。此前已有大量证据表明，安大略·拉库斯湖里是液体而非干泥。这次基于雷达观测得出的新发现进一步证明了上述结论是正确的。

这是一张“卡西尼”号拍摄的雷达图像，显示土卫六北极地区河流汇入一个湖泊

2009年2月3日美媒报道，科学家们对“卡西尼”号传回的照片分析后发现，土卫六狂降甲烷雨，并在其南极形成了一个面积为3.4万平方米的新的液体甲烷湖泊。同年11月，美国加州理工学院的研究人员通过分析“卡西尼”号发回的数据发现，土卫六北极的液体甲烷及乙烷湖泊所覆盖的面积比南极多出20倍。此外，北极还有一些部分干涸或已完全干涸的湖泊。研究人员认为，这种现象可能与土星绕太阳公转的椭圆形轨道有关。一个月后，研究人员又发现土卫六南极表面特定高度的大气层中存在含有甲烷液滴的零星雾层。这首次证明，土卫六可能也像地球一样存在着活跃的“水文循环”，只不过其循环主角是碳氢化合物甲烷。西班牙巴斯克大学的科学家们通过数据模型分析认为，当土卫六大气层中的甲烷湿度超过80%时，就会产生时速达72千米的上升气流，并形成厚厚的云层，随后一场倾盆甲烷雨就会从天而降。目前科学家们认为，土卫六表面湖泊的主要成分是液体甲烷，在湖下冰壳深处则是由水和氨组成的海洋。生命存活的必要条件之一是有液体提供养分和帮助完成新陈代谢。由此推测土卫六具有孕育生命的可能性。

2009年8月，圣保罗媒体报道，巴西坎皮纳斯国家光学同步实验室的科学家最近获得一项重要发现，他们在土卫六的环境仿真模拟条件下获得腺螵吟分子。而腺螵吟分子是DNA的四个主要构成部分之一，是构成生命的重要基础。参与该项目的研究员赛尔西奥·皮林称，这一发现显示，土卫六上具有存在生命的可能性。这又间接证明了土卫六可以孕育生命。

土卫六上的河道

上图是丽姬亚海常见的海岸线，下图则显示出了神秘的明亮物体

这幅以土卫六北极为中心点的假色图，分别以蓝色和黑色来呈现其表面在零下180摄氏度之下，还能保持液态的甲烷和乙烷湖海。制作这张图的数据，是由“卡西尼”号探测器的雷达在2004年到2013年之间多次飞越土卫六时所取得的

土卫六显露新秘密

由于北半球光照变强，土卫六的新秘密显露出来——被研究人员称为“魔幻岛”的神秘明亮物体。这个亮点位于土卫六的第二大海丽姬亚海，是2013年借助同年7月10日“卡西尼”号上的仪器在土卫六上发现的数个类似亮点之一。科学家们认为，这项发现表示土卫六北半球的液体并非简单的停滞不动，而是时有发生变化。康奈尔大学研究生、相关研究论文第一作者贾森·霍夫加特纳说，研究人员认为这些亮点可能是漂浮的甲烷“冰山”或其他变暖迹象，如波浪或泡状物。他指出，这一发现说明，土卫六北半球的液体不只是死水一潭，而是实实在在地发生着变化。他表示，他们还不确定是什么导致了“魔幻岛”的出现。

这些亮点是土卫六上的甲烷和乙烷可能因夏季温暖而活跃起来的迹象之一，这与地球上的湖泊应对季节变换的方式相似。用科学术语来描述，这个亮斑应该被称为“暂现特征”或“瞬变的特征”，但发现它的天文学家幽默地将它称为“魔幻岛”。截至目前，土卫六上的湖泊格外平静。但科学家觉得这种平静令人费解，因为土卫六表面例如沙丘有风吹动的痕迹。

研究人员期望土卫六的夏天也许会酝酿风暴，就像在地球上那样。霍夫加特纳说：“现在进入夏至了，我们正在观察任何由太阳催生的活动过程。这是迄今为止关于土卫六的最了不起的科学发现之一，我们还有3年时间来探索。”

土卫六的表面温度刚好低于甲烷的冰点——零下183摄氏度。霍夫加特纳表示，由于土卫六与太阳之间距离是地日距离的10倍，所以夏季和冬季的温差没那么明显。他说，当2017年夏至达到峰值时，气温也只比冬季高几度。虽然如此，鉴于土卫六是太阳系中除地球之外唯一拥有湖泊、河流和小面积海域的天体，科学家认为，夏至可能使它上面的湖泊变得足够温暖，从而能释放气体即前述的泡状物或大块甲烷冰。一些模型显示，湖泊表面的湿气和热量甚至可能引发小规模热带气旋，类似于地球上的飓风。

在2013年7月以前的观测中，丽姬亚海地区完全未发现任何特征，连波浪都没有。土卫六的四季变化比地球的更加漫长。它的北半球正处于春季与夏季的过渡期，天文学家认为新发现的这一奇怪特征可能源于季节的变化：北半球的风可能推动并形成了丽姬亚海的波浪；气体可能从丽姬亚海的海底排出，并以气泡的形式上升至湖泊表面；冬天冷风所形成的沉没固体可能随着土卫六春天的到来，温度逐渐上升而上浮。外，丽姬亚海可能有悬浮的固体，后者既不沉没也不漂浮，而是在陆地三角洲上以类似淤泥的形式堆积。

霍夫加德纳说，很有可能是好几种不同的过程——例如风、雨和潮汐——共同影响了土卫六上的甲烷和乙烷湖泊。我们想要观察地球上发生的地质过程与它之间的相似性和差异性。“最终，它将帮助我们更好的理解地球上的液态环境。”

研究人员说，土卫六北半球的光照量从2009年开始慢慢增多，并将在2017年达到顶峰。当2004年“卡西尼”号探测器抵达土卫六时，其北极地区还处于温度极低的状态，故而当时没有发现“魔幻岛”。