像地球一样，泰坦有“海平面”湖泊和海洋

2018-01-21 22:55:09　来源: 物理举报

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【博科园-科学科普-留言评论有惊喜哦~( ^_^)】泰坦星是土星的第六颗卫星土卫六，英文名称“Titan”。约翰·赫歇耳在1847年出版的《在好望角天文观测的结果》一书中把这颗新卫星命名为泰坦，泰坦在神话中是克龙（即希腊神话中的萨坦-Saturn-土星）的妹妹，泰坦星异常寒冷覆盖着冰。

由美国宇航局卡西尼号航天器获得的数据显示，利格亚马雷是土星卫星上巨型液体的第二大已知体。它充满了乙烷，甲烷等液态烃，是泰山北极地区的众多海洋和湖泊之一。图片版权：NASA / JPL-Caltech / ASI / Cornell

多亏了卡西尼号任务才了解了土星和它最大的卫星泰坦的一些令人惊叹的东西。包括其稠密的大气、地质特征、甲烷湖、甲烷循环和有机化学。尽管卡西尼号最近通过撞击土星的大气层结束了它的任务，但是科学家们仍然对它在土星系统13年里获得的所有数据进行了大量的研究。现在利用卡西尼数据，由康奈尔大学的研究人员领导的两个小组发布了两项新的研究，揭示了关于泰坦的更有趣的事情。在其中一项研究中研究小组利用卡西尼的整个数据集创建了一个完整的土卫六地形图，在第二组中研究小组发现泰坦的海洋有一个共同的海拔高度，就像在地球上的“海平面”一样。

这两项研究最近发表在《地球物理研究快报》上，题为“泰坦在卡西尼任务结束时的地形和形状”和“泰坦的湖盆的进化和连接的地形限制”。这些研究分别由康奈尔大学的保罗·考利斯教授和助理教授亚历克斯·海斯领导，其中包括来自约翰·霍普金斯大学应用物理实验室、美国国家航空航天局喷气推进实验室、美国地质调查局、斯坦福大学和萨皮恩萨大学的成员。

这张由卡西尼号太空船拍摄的土卫六的真彩色图像显示了月球浓厚朦胧的大气层。图片版权：NASA

多个来源的地形数据是如何结合在一起来创建一个泰坦的全球地图的。由于只有约9%的土卫六在高分辨率地形(以及较低分辨率的25-30%)中被观测到，所以月球的其余部分用插值算法绘制。结合一个全球最小化的过程，这减少了从飞船位置等事物产生的错误。这张地图揭示了土卫六上的新特征，以及全球对月球地形高低的看法。例如地图显示了几座新山脉，最高海拔700米(约3000英尺)。利用这张地图科学家们还能够确认赤道地区的两个位置是由于古代海洋的缘故，而这可能是由于干燥或低温火山流造成的。这张地图还表明泰坦可能比之前认为的要更大，这可能意味着地壳的厚度会有所不同。数据集可以在网上找到，而团队创建的地图已经证明了它对科学界的价值。

正如Corlies教授在康奈尔大学的新闻稿中解释的那样：工作的重点是创建一个地图使用的科学界…我们在测量液体表面在另一个身体的海拔10个天文单位远离太阳的精度约40厘米。因为有如此惊人的准确性能够看到在这两个海洋之间的海拔高度变化（大约11米），相对于土卫六的质量中心与引力势的预期变化一致。我们在测量土卫六的大地水准面。这是地球表面在重力和自转的影响下所形成的形状，它与主宰地球海洋的形状相同。

由NASA的卡西尼号宇宙飞船收集的红外数据制成的泰坦北部湖泊的伪彩色图。图片版权：NASA

展望未来，这张地图将扮演一个重要的角色，当它的科学家试图模拟泰坦的气候，研究它的形状和重力，以及它的表面形态学。此外对于那些想要测试土卫六内部模型的人来说，这将是特别有帮助的，这是决定月球是否能孕育生命的基础。就像木卫二和土卫二一样，人们相信土卫六的地核地幔边界有液态水和热液喷口。第二项研究也使用了新的地形图，是基于卡西尼雷达数据，该数据是在航天器在土星大气中燃烧前几个月获得的。

利用这些数据海耶斯教授和他的团队确定了泰坦的海洋与泰坦的引力相对立的高度。基本上发现泰坦有海平面就像地球一样。测量的是另一个天体上的液体表面的海拔高度，从太阳到太阳的高度大约为40厘米。因为有如此惊人的准确性，能够看到在这两个海洋之间的海拔高度变化（大约11米），相对于土卫六的质量中心与引力势的预期变化一致。在测量土卫六的大地水准面。这是地球表面在重力和自转的影响下所形成的形状，它与主宰地球海洋的形状相同。这一共同的海拔高度是重要的，因为土卫六上的液体物体似乎是由类似含水层系统的东西连接起来的。就像水通过多孔的岩石和碎石在地球上的地下流动一样，在土卫六的冰层下，碳氢化合物也在做同样的事情。这确保了大型水体之间的转移，并且它们拥有共同的海平面。

卡西尼在土星的最后时刻坠毁的概念图。图片版权：NASA/JPL.

没有看到任何空湖低于当地的湖泊，因为如果它们低于这个水平就会被填满。这表明在地下有流动而且相交互流，在土卫六的地下有液态的碳氢化合物。与此同时土卫六上的小湖泊出现在泰坦海平面以上几百米的高度。这与地球上发生的情况没有什么不同，那里的大湖经常在海拔较高的地方发现。这些都被称为“高山湖泊”，一些著名的例子包括安第斯山脉的喀喀湖，阿尔卑斯山的日内瓦湖，以及落基山脉的天堂湖。

最后这项研究还揭示了泰坦的绝大部分湖泊都是在边缘的凹陷处发现的，这些洼地周围有高高的山脊，其中一些有几百米高。这里也有类似于地球上的特征——比如佛罗里达大沼泽地——它的底层物质溶解并导致地表塌陷，形成地面上的洞。这些湖泊的形状表明，它们可能以恒定的速度扩张，这一过程被称为“统一的悬崖”。事实上，南安大略湖的最大湖泊——类似于一系列较小的空湖，结合形成了一个单一的特征。这一过程显然是由于季节的变化，南半球的秋天会导致更多的蒸发。虽然卡西尼号探测器不再探测土星系统，但它在多年的任务中积累的数据仍然有结果。在这些最新的研究中，科学家们可能会更多地揭示这一神秘的卫星和塑造它的力量。

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参考：NASA, Cornell University, Geophysical Research Letters

作者：Matt Williams

内容：经“博科园”判定符合今主流科学

来自：Universe Today

编译：中子星

审校：博科园

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