雨天车窗上的水痕会汇成细流,最后流进排水沟;水蒸发成云,云再落回地面。这套循环在地球上运转了几十亿年,靠的是太阳供能、重力提供落差。太阳系里还有一处地方,几乎在跑一模一样的一套流程,只是工作介质换成了甲烷——那里的雨、河、湖、云,成分都是同一种分子。
土卫六表面约 94 K,大气压约 1.5 bar、约 95% 是氮。在这样的温度下甲烷能同时以气、液、固存在,于是形成了蒸发、成云、降雨、河流与湖海的完整循环。北极有大型甲烷湖海,赤道有干涸河道与沙丘;甲烷的补给机制至今没有定论。
94 K 让甲烷扮演水的角色
一种物质能不能在地表流动,取决于温度与气压是否接近它的三相点。土卫六表面约 94 K、气压约 1.5 bar,甲烷在这个条件下可以凝结、蒸发、被风吹走。
同样的温度下水是岩石一样硬的冰,所以土卫六的「岩石」是水冰,「水」是甲烷。这不是比喻,是同一套物理过程的换料版本。
惠更斯号落地时拍到了河道
2005 年,惠更斯探测器穿过大气降落,下落途中拍摄到树枝状的分支河道与浅色高地,着陆点附近散落着圆润的冰块,形态像被流水磨过的卵石。
这是人类第一次在地球之外看到流水塑造的地貌。此后的雷达测绘补上了更大尺度的图景:河道网、冲积扇、以及大片平坦的暗区。
北极是湖海,赤道是沙丘
卡西尼的雷达把北极的暗区识别为液体:几个大型湖海,最大的面积达数十万平方公里量级,深度估计在百米以上;南极也有较小的湖。
赤道则是另一幅景象:深色沙丘带绵延上千公里,沙粒可能是有机物颗粒。降雨集中在极区与中纬度,赤道相对干燥。同一颗卫星上,气候分区比地球还分明。
甲烷应该早就被毁掉了,谁来补
紫外线会把甲烷分解,土卫六大气中的甲烷寿命只有千万年量级。而土卫六已经存在 45 亿年,若没有补给,甲烷早该耗尽。
候选补给包括:地下笼合物(水冰晶格包裹的甲烷)受热分解释放、冰火山活动、以及气候循环本身把甲烷封存进冰层再释放。每一种都有模型支撑,但没有一种被观测确证。
| 参数 | 数值 | 口径与来源 |
|---|---|---|
| 表面温度 | 约 94 K | 惠更斯着陆与卡西尼遥感 |
| 表面气压 | 约 1.5 bar | 惠更斯着陆测量 |
| 大气成分 | 约 95% 氮、5% 甲烷 | 光谱与质谱 |
| 甲烷光解寿命 | 约千万年量级 | 光化学模型 |
| 最大湖海面积 | 数十万平方公里量级 | 卡西尼雷达测绘 |
| 表面重力 | 约 1.35 m/s² | 轨道与着陆测量 |
哪些是观测,哪些还是推断
常见问题
不能。大气以氮为主,氧气含量极低,甲烷无法燃烧;即使有闪电,也点不着这样的混合气。
表面约 94 K,相当于约 -179 ℃,比地球南极记录的最低气温还低一百多度。
NASA 的「蜻蜓」旋翼机计划在土卫六表面多点着陆,靠飞行在不同地貌之间转移。任务仍在研制阶段,尚未发射。
延伸阅读
- Hörst 2017, Journal of Geophysical Research: Planets 122, 432
- Hayes 2016, Annual Review of Earth and Planetary Sciences 44, 57
- NASA 卡西尼任务页面(science.nasa.gov/mission/cassini)