地球上最壮观的沙丘位于最古老的沙漠——非洲西南部的纳米布沙漠，它已有5500万年的历史，那里被风吹拂的沙堆高出周围地貌100多米。那里的沙丘是古代风的记忆，像数千年的风向标一样，被数万年前流经该地区的空气扭曲。
纳米布沙漠的沙丘在地球上可能无与伦比，但在太阳系中并非如此。在十亿公里之外，NASA卡西尼号轨道飞行器的雷达成像发现了大小和形状相似的风蚀沙丘。它们蜿蜒穿过土星最大卫星土卫六的赤道沙漠——土卫六是太阳系中唯一拥有浓厚大气层的卫星。然而，这些沙丘却出奇地倾斜。它们指向东方，与根据月球盛行风向的预期完全相反，大气环流模型表明盛行风向一定是向西吹的。现在，一些科学家提出了一个令人震惊的解决方案来解释这些反向漂移：它们可能不仅受到风的塑造，还受到静电力的塑造。也就是说，通过静电粘附。这项研究结果于3月27日发表在《自然·地球科学》杂志上。
“为什么土卫六的沙丘看起来像是逆风而行，方向错了？”佐治亚理工学院的研究合著者、研究生乔治·麦克唐纳问道。“一种解释是，如果沙子是粘性的，并且大部分时间都不会因风而移动，这正是你所期望的，如果沙子带电——带静电并结块在一起。”他补充说，“事实证明，土卫六的沙子应该非常容易以独特的方式充电。”在这种情况下，只有土卫六最快的风——暴风可能由于月球大气层中巨大的季节性变化而周期性地向相反方向吹——才会塑造沙丘。了解这些动态，行星科学家就可以更好地研究土卫六的沙丘作为长期风向标，从而拼凑出月球数千年来波动的气候模式。
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静电奇观
地球上的沙子也可能是粘性的——通常在潮湿的时候，这对于任何在海边建造过沙堡的人来说都很熟悉。地球上的沙子也可能带电，通常当它们在沙尘暴或火山羽流中被吹到空中时。持续的空中碰撞会产生摩擦，并在沙粒之间积聚静电，这通常会以闪电的形式释放出来。
在土卫六上，情况完全不同。与地球一样，它拥有浓厚的富氮大气层和被雨水冲刷过的表面，上面刻有河流、峡谷和海洋。但土卫六只接收到地球约 1% 的阳光，这使得它的平均温度为零下 179 摄氏度，并且空气干燥，充满了烟雾状的有机雾霾。它的“岩石”是水冰，它的雨是甲烷和乙烷等被寒冷凝结的碳氢化合物。人们认为，土卫六沙丘的冰冻碳氢化合物“沙”是由与地球上从樟脑丸和塑料中飘出的相同的低密度挥发性蒸气组成。土卫六的重力也较低。事实证明，所有这一切都是在风吹、翻滚的沙粒中积聚巨大电荷并产生超粘沙丘——或可以抵抗数月崩塌的长寿命沙堡的完美配方。“这将是类固醇上的静电充电，”佐治亚理工学院地球与大气科学教授、合著者乔·杜费克说。
“想象一下在寒冷的一天打开一个来自亚马逊的盒子，看到里面装满了那些烦人的塑料包装花生。想象一下你的猫钻进盒子里，花生粘满了全身。这有点像土卫六上碳氢化合物沙发生的情况——这种我们在地球上通常不会想到的力很可能正在以一种不直观的方式对那里的景观产生重大影响。”
土卫六拥有带电沙子的想法并非完全是新的，它已经在科学文献和其他地方出现了十多年。请看研究合著者迈克·马拉斯卡（NASA喷气推进实验室行星冰组的科学家）2007年以土卫六为主题的诗歌中一段异想天开的片段：“甲烷天空；乙烷细雨。表面由有机物组成。塑料沙丘；太棒了。让我们变得粘稠和静电。”但没有人对这个想法进行过有力的测试。
管中的土卫六
主要作者乔什·门德斯，另一位佐治亚理工学院的研究生，正是这样做的。门德斯、麦克唐纳和同事们将加压氮气泵入一个涂有碳氢化合物的小管子中。然后，他们在其中翻滚和旋转聚苯乙烯、联苯、萘和其他碳氢化合物的微小颗粒，观察材料在模拟土卫六大气层和较低重力条件下的碰撞、充电和结块。每次运行后，他们将颗粒从管中倒出，并通过一个装置测量颗粒累积的单个静电荷。
结果表明，土卫六沙丘中的静电粘附沙子应该比地球上的沙子至少更能抵抗风力一个数量级，甚至可能更多。实验是在室温下进行的，使用均匀的颗粒类型和尺寸，但之前的研究表明，较低的温度和不同的颗粒尺寸和成分可以放大静电充电。该小组希望在低温下进行进一步的实验，并计划进行计算机模拟，研究大量不同的颗粒如何结块形成更大的结构。“我们目前还不真正了解宏观尺度，”杜费克说。“数百万或数十亿个不同的颗粒将如何与这种[电荷]相互作用是很棘手的。电荷越强，保持时间越长，你可以建造的结构就越大，但我们不知道确切的尺寸或形态。”
结果还表明了土卫六沙子最初是如何形成的机制。根据雷达图像中的深色，沙丘被认为是碳氢化合物，这意味着它们可能不是由月球水基基岩的侵蚀和破碎产生的。但静电充电也可能发生在土卫六空气中微小的烟雾颗粒之间，使颗粒聚集在一起、生长并沉淀到其表面。这意味着土卫六的带电碳氢化合物“沙”可能更准确地称为雪。“在地球上，它就像飘落下来的雪花，但从未融化，形成了粘性的、持续的漂移，”杜费克说。
然而，其他专家警告说，仅仅根据沙丘的遥感图像和地球上的实验室实验就断定土卫六的沙子是带电的还为时过早。杨百翰大学的行星科学家贾尼·拉德博（Jani Radebaugh）没有参与这项研究，他表示，这些结果值得注意，因为它们代表着在研究土星卫星表面方面向前迈进了一大步。“在沙粒上诉诸静电充电使事情复杂化，”拉德博说。“我怀疑这可能并不比我们只是没有正确的模型更复杂——即地表风只是以我们认为的相反方向吹。但是进入实验室并使用这些奇异的材料可能很好地成为更好理解土卫六上过程的垫脚石。”
约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家拉尔夫·洛伦茨（Ralph Lorenz）也没有参与这项研究，他同意在了解土卫六的奥秘之前还需要做更多的工作。“静电充电对于最终控制沙子在土卫六上的移动方式可能非常重要，尤其是在沙丘方向和[风]之间的关系方面，”他说。即便如此，他说，对于反向沙丘还有其他解释，这主要取决于它们的具体成分以及土卫六风的速度和方向。“要知道你需要什么样的风才能使土卫六上的沙子移动，你真的需要去那里，”洛伦茨说。
棘手的情况
2005年，卡西尼号轨道飞行器将一个小型着陆器惠更斯号投入土卫六的大气层，这个微小的航天器在那里展开降落伞并下降到表面。但惠更斯号降落在一条干涸的河床中，而不是沙丘附近，并且只运行了很短一段时间就因寒冷而失效。美国宇航局目前正在等待行星科学家就土卫六任务提交正式提案，作为该机构“新前沿”计划的一部分。洛伦茨是众多致力于此类提案的专家之一，他希望在不久的将来能够对土卫六表面进行更彻底的探索。他的提案名为“蜻蜓”，这是一种四轴飞行器式无人机，它将在土卫六的地形上跳跃和飞行，以调查沙丘等。然而，如果土卫六的沙丘像这项最新研究表明的那样带电，那么接近它们可能是一个坏主意。
“我们知道尘埃是火星上的一个问题，它会覆盖着陆器和漫游车上的太阳能电池板，”杜费克说。“在土卫六上，情况可能会更糟。如果你降落在有很多颗粒的区域，它们会非常有效地粘附在任何金属表面上，并且会在那里停留很长时间。说这会造成困难还是轻描淡写了。需要清晰视野的仪器——相机、质谱仪等等——可能会瘫痪。”
洛伦茨反驳说，土卫六上的带电沙子不会成为表面探测的障碍。“航天器设计的一个基本原则是你必须对电子设备进行静电放电硬化，”他说。“现在，我们显然会关注吹沙可能引起的某种侵蚀或沉积考虑因素，但这在某种程度上是熟悉的。惠更斯号探测器降落在土卫六表面，并没有立即因东西粘在上面而变黑……。任何时候去外星环境，都必须谨慎，但我们并不担心。”*
尽管如此，这项最新的研究正在引导门德斯和麦克唐纳重新考虑他们和许多其他行星科学家过去确信的观点——土卫六是地球近亲但却是低温表亲。“来自卡西尼号的数据确实给人一种类似地球的感觉——土卫六拥有浓厚的大气层、湖泊、沙丘、山脉，甚至可能还有火山，”麦克唐纳说。“但你深入观察就会发现它根本不像地球。”
“我们真正从这个实验中获得的是一种对土卫六对人类有多大毒性的认识，”门德斯补充道。“我们在通风橱下翻滚萘和联苯时感到头痛——我们特意挑选了一些可能存在于土卫六上最安全、最良性的物质来使用。这东西接触有毒；吸入有毒。你不会想住在那里。”
*编者注（4/6/17）：在发布后添加了一个段落，以反映关于静电沙对土卫六表面探测的潜在风险的持续辩论。