土卫六的水世界

张唯诚

土卫六又名泰坦，是土星最大的卫星，太阳系中的第二大卫星，个头仅次于木卫三。它的直径是5150千米，比水星还大，接近冥王星的2倍。1655年，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯最先发现了这颗卫星。1698年，惠更斯推测其他星球上应该也存在水，并认为那些水“想必是流动的，又清澈又美丽。我们地球上的水假若到了木星和土星就会被立即冻住，因为它们离太阳太远了。每个星球一定都有自己的不会冻结的水。”

惠更斯说对了，300多年后，一艘名为“卡西尼”号的土星探测器来到了土星，探测了整个土星系统，大约80次飞越了土卫六。“卡西尼”号证实了惠更斯的猜测：土卫六上存在液态的“水”，而且这种“水”是独特的，是土卫六“自己的不会冻结的水”。

土卫六的这种“水”是甲烷水。土卫六非常寒冷，表面温度为-180℃，在这种温度下，甲烷以液体的形式存在，它们像水一样流动，而且“又清澈又美丽”。

“卡西尼”号携带的专门用于探测土卫六的子探测器“惠更斯”号，于2004年12月25日脱离“卡西尼”号飞向土卫六。2005年1月，“惠更斯”号进入土卫六的大气层，穿越了潮湿的云层，用照相机拍摄了河道、海滩和岛屿，最后在一条空旷的河道边着陆。“惠更斯”号传回了河道附近的图像：那里似乎流淌过液体，一些小岩石散布在地上，很光滑，就像地球上河流旁边常见的石头。

在接下来的10年里，“卡西尼”号一直关注着土卫六。2006年，经过多次有计划的雷达扫描，“卡西尼”号完成了土卫六北半球的湖泊成像。探测显示，其中一个湖泊长达1000千米，已经足以被称为海，后来被命名为“克拉肯海”。不久后，又有两个海得到了确认，人们还同时发现了十几个湖。探测表明，土卫六上有很大的“水”面，那些甲烷水可以蒸发、凝结、降落，形成蔚为壮观的大气循环。土星绕太阳运行一周需要29.5年，随着土星的运行，土卫六上的季节也会发生缓慢的变化。“卡西尼”号发现，土卫六正在变得越来越活跃：云在雾气中浮动，甲烷雨落下后沿着河流一样的水道流进湖里，湖水泛着微波，湖面平缓如镜；但在有些地方，波浪却变得汹涌起来，似乎预示着一场风暴即将来临……

多年来，土卫六上的湖泊和海成为人们关注的焦点，那些水体隐藏着不少秘密。首先，其中的“水”含量究竟有多大就很难判断，因为很难探测到它们的深度，只在南半球的安大略湖找到很少的线索。科学家发现，自“卡西尼”号到来后，这个湖的一些地区向内萎缩了几千米。他们据此估计，湖面每年下降大约1米，这表明一些地方的湖床是平缓的。

2013年5月，“卡西尼”号低空飞掠土卫六的第二大海——丽姬亚海时，它的雷达正对着下方，扫描了下方的陆地和海水。通过测量雷达波往返于探测器和星球表面的时间，“卡西尼”号描绘了下方的地形。科学家发现，这次扫描中“卡西尼”号传回了一束来自海底的回波。当负责数据处理的科学家、意大利罗马大学的马尔科·马斯特罗朱塞佩发现这束回波时，他高兴得几乎不能自已，迫切地想把这个消息告诉别人，因为这是人类第一次在地球之外的星球上测量到了一个海洋或者湖泊的深度。这次的测量显示，丽姬亚海的深度为160米。

更加令人欣喜的是，这束回波还让科学家得到了一个判断海水组成的线索。一直以来，科学家认为，土卫六上的“水”由甲烷和乙烷组成，由于甲烷比乙烷不稳定得多，所以甲烷应该蒸发得更快。科学家曾通过计算机模拟，综合“卡西尼”号的观测数据推测了湖中的物质组成，认为在两极地区的湖泊中，乙烷大约占3/4，另有10%的甲烷、7%的丙烷，以及更少的氢氰酸、丁烷、氮和氩等。

然而，土卫六又一次让每个人感到意外。美国喷气推进实验室的科学家卡尔·米切尔和他的研究团队设计了一项实验，将甲烷和乙烷带进实验室，然后用“卡西尼”号探测海底时用的那种雷达波照射它们。结果发现，乙烷对这种雷达波具有极强的吸收作用，甲烷则没有，这表明之前的推测很可能存在偏差，丽姬亚海海水的主要成分很可能是液态的甲烷。

科学家还根据“卡西尼”号对丽姬亚海的探测估计了土卫六海水的总量。如果其他海洋中的水体组成及海底特征和丽姬亚海一样，那么土卫六上的海水总量大约为70000立方千米，是地球上已知石油储量的55倍。

2014年3月，科学家公布了一幅最新的湖泊地图。从图上看，克拉肯海被一个海角和一些岛屿分成了两部分，有科学家称之为“克拉肯咽喉”。他们估计，在“克拉肯咽喉”附近，土星的引力有可能引发海潮，当土卫六随着土星在轨道上运行时，海潮会时起时落，其落差大约可达1米。

人们推测，当北边涨潮、南边退潮时，海水会通过“克拉肯咽喉”从一边流向另一边，其流速可达每小时2000米。这样的流速看起来不快，只相当于我们散步的速度，在地球上根本不算什么，但在土卫六上就不同了。由于土卫六的引力比地球小得多，土卫六上的海水会比地球上的水更轻，所以克拉肯海的海潮会显得很活跃。而在“克拉肯咽喉”附近，潮流还可能形成大旋涡，从而发出巨大的声响，其壮观的情景应该并不亚于地球上类似的景象。

但总体上说，土卫六上的“水”面看来非常平静。科学家推测，这是因为土卫六上的风太小的缘故。根据目前得到的数据，土卫六上的风速不超过1米/秒。雷达的探测显示，丽姬亚海的海面平滑得像一块绸缎，其浪高甚至不超过1毫米。不过在2012年，人们用雷达波探测土卫六上最小的蓬加海时发现了4道反射光，它们可能来自海面上的波浪，浪高两三厘米，很可能预示着风暴季节即将来临。

随着夏天的临近，土卫六上活跃的季节似乎的确就要来临了。根据气候模型的推演，土卫六上的风速将达到2米/秒。这在地球上依然只是微风，但请不要忘记土卫六的引力比地球小，而甲烷水又比地球上的水更加清澈，所以比较而言，土卫六上的海洋更加敏感，加上土卫六的大气还更稠密，所以它的风就更有力量。这样一来，2米/秒的风在土卫六上就足以掀起浪高约1米的波浪。当这样的波浪涌向海滩时，很可能变成汹涌的巨浪，形成蔚为壮观的景象。

科学家针对土卫六的探测还在进行中。目前的探测已经显示，土卫六很像早期的地球。例如土卫六上的大气中充满了复杂的有机分子，它们会降落到地面和海洋里。寻找这些有机分子，对理解生命的形成和星球的演化非常有意义。鉴于此，人们探索土卫六的意愿已变得越来越强，这促使了一些探测方案的形成。例如，有科学家建议在下一轮的土卫六探测活动中使用船舶、热气球或者飞机对其大气、地表和湖泊进行全方位的探测。人们还设想打造一艘探测船降落在土卫六的“水”面上，然后随波逐流，它将是人类第一艘漂浮在外星“水”面上的“作业船”。

科学家认为，丽姬亚海是适合探测船降落的海面。这个海比地球最大的淡水湖——北美的苏必利尔湖——还要大，占整个土卫六表面的0.12%。按照设想，这艘探测船将在丽姬亚海展开为期6个月的“水上考察”。

不过，也有科学家提出了更加大胆的考察方案，那就是送一艘潜艇进入海下，然后潜入甲烷海的深处，用声呐探测土卫六奇妙的水下世界，用质谱仪检测海水的化学组成，研究其中的碳基化学物质和有机分子。它会遇到什么？会给人们带来怎样的消息？人们正期待着对土卫六的探索迈向深入。