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穿透雾霾,惠更斯号观测到泰坦表面

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1月14日,一个重达320公斤的碟形探测器发出了响彻太阳系的“砰”的一声。惠更斯探测器在土星巨大而神秘的卫星泰坦上成功着陆,令行星科学家欣喜若狂,他们对探测器传回的冰脊和黑暗的河流状沟渠图像感到兴奋不已。然而,在接下来的几周里,随着研究人员努力解读探测器收集的数据,这种欣快感变成了挠头苦思。虽然这次为时四小时的任务首次近距离观察了泰坦的表面和大气层,但惠更斯号提出的问题至少和它解答的问题一样多。

尽管这颗卫星异常寒冷——其表面温度为零下180摄氏度——但泰坦在许多方面与地球相似。与我们的星球一样,泰坦拥有主要由氮气组成的浓厚大气层。另一种重要成分是甲烷,甲烷在低温下会凝结,并且似乎在泰坦上发挥着与水在地球上相同的气象作用。科学家们长期以来一直推测泰坦可能存在甲烷云和液态烃湖泊或海洋。为了验证这一假设,欧洲航天局建造了惠更斯探测器,该探测器与NASA的卡西尼轨道飞行器相连,在前往土星的旅程中度过了七年。当它们接近泰坦时,这两个航天器分离,卡西尼号在探测器通过卫星的雾霾层降落伞下降后,将惠更斯号的数据中继回地球,雾霾层阻碍了之前观测表面的尝试。

该任务的首批惊喜之一是,这种雾霾层向下延伸得如此之远。泰坦的主要雾霾层至少有200公里厚;直到惠更斯号离地面不到20公里时,探测器才清晰地看到了表面。在同一高度,机载气体色谱仪和质谱仪检测到大气中甲烷含量的突然跃升。这些发现共同表明存在甲烷云,液滴可能围绕雾霾颗粒凝结。(据信,这些碳氢化合物固体来自太阳紫外线辐射导致泰坦高层大气中甲烷的分解。)


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来自惠更斯号拍摄的表面图像也证明了甲烷降雨的存在,图像显示,弯曲的、分支的沟渠从相对明亮的高地延伸到焦油状平原。亮度对比表明,降水可能已将深色碳氢化合物沉积物从冰冷的高地冲刷到沟渠中。但一些沟渠又短又粗,这让科学家们推测,液态甲烷也可能从地下泉水中流出。

然而,探测器的着陆为泰坦上存在液态甲烷提供了最有力的迹象。当惠更斯号以每秒五米的速度撞击表面时,一种称为穿透仪的装置——本质上是航天器底部的一个弹簧加载杆——测量了撞击力,发现地面的阻力就像带有脆皮的湿沙。着陆三分钟后,惠更斯号检测到甲烷丰度上升了30%;探测器仪器的热量显然蒸发了泰坦土壤顶部几厘米的液态烃。

研究人员将在未来几个月内分析数据并制定理论来解释观测结果。“泰坦不负我们的期望,”卡西尼-惠更斯团队的亚利桑那大学科学家乔纳森·I·卢宁说。“它和我们希望的一样有趣。”夏威夷大学天文研究所的大气科学家托拜厄斯·C·欧文警告说,理论家必须谨慎对待从单个着陆点得出的结果进行概括;例如,可能无法估计泰坦上甲烷降雨的频率或表面液态甲烷的总量。但卡西尼轨道飞行器在二月份飞掠着陆点附近扫描泰坦表面的持续观测,可能有助于研究人员理解惠更斯号的非凡发现。

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