土卫六六英里深的甲烷外壳可能改写行星科学

对土卫六的研究发现了一个重要的甲烷凝块冰层，它解释了土卫六浅环形山和拥有温暖内部的原因。这一发现为了解土卫六富含甲烷的大气层及其支持生命的潜力提供了新的视角，也为2028年美国宇航局"蜻蜓"号任务奠定了基础。

土卫六内部拟议示意图（不按比例），显示对流冰壳上的甲烷凝块地壳。 资料来源：Schurmeier等人，2024年

土星最大的卫星土卫六是太阳系中除地球以外唯一一个既有大气层又有液态体（河流、湖泊和海洋）的地方。 由于土卫六温度极低，这些液体由甲烷和乙烷等碳氢化合物组成，而其表面则由固态水冰组成。 夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家在一项新的研究中发现，甲烷气体也可能被困在土卫六的冰层中，形成了一个厚达6英里的独特地壳。 据认为，这种地壳会给其下方的冰壳带来温暖，可能有助于解释土卫六富含甲烷的大气层。

该研究小组由副研究员劳伦-舒尔迈尔（Lauren Schurmeier）领导，成员包括博士生格温多林-布劳威尔（Gwendolyn Brouwer）和夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学技术学院夏威夷地球物理与行星学研究所（HIGP）副所长萨拉-法根茨（Sarah Fagents），他们观察到土卫六的撞击坑比预期的浅数百米。 美国国家航空航天局（NASA）的数据显示，土卫六上只发现了90个陨石坑，这引发了人们对月球表面和地质历史的好奇。

美国国家航空航天局使用卡西尼 VIMS（可见光和红外绘图分光仪）仪器拍摄的土卫六图像。 中心附近可见一个撞击坑。 赤道附近的暗区是富含有机物的沙丘，北极地区的暗区是液态甲烷/乙烷湖。 北半球也能看到白云。 资料来源：美国国家航空航天局/卡西尼 VIMS

舒尔迈尔说："这非常令人吃惊，因为根据其他卫星的情况，我们预计在土卫六表面会看到更多的撞击坑，而且这些撞击坑要比我们在土卫六上观察到的深得多。我们意识到，土卫六上一定有什么独特的东西使它们变得更浅，并相对较快地消失。"

为了探究这个谜团背后可能隐藏着什么，研究人员在计算机模型中测试了如果冰壳上覆盖着一层绝缘的甲烷凝块冰（一种晶体结构中夹带甲烷气体的固体水冰），土卫六的地形在撞击后会如何松弛或反弹。 由于土卫六陨石坑的初始形状尚不清楚，研究人员根据一颗类似大小的冰卫星--木卫三上看起来很新鲜的陨石坑，模拟并比较了两种可信的初始深度。

舒尔迈尔说："利用这种建模方法，我们能够将甲烷凝壳的厚度限制在五到十公里（约三到六英里），因为利用这一厚度进行模拟得出的陨石坑深度与观测到的陨石坑最匹配。甲烷凝块结壳使土卫六内部变暖，并导致令人惊讶的快速地形松弛，从而导致陨石坑变浅，其速度接近于地球上快速移动的温暖冰川的速度。"

土卫六撞击坑的卡西尼合成孔径雷达图像。 箭头表示陨石坑改造过程的潜在形式，包括：沙丘和沙地（紫色）、通道（蓝色）以及陨石坑边缘的严重侵蚀（粉红色）。 资料来源：美国国家航空航天局/卡西尼号

估算甲烷冰壳的厚度非常重要，因为它可以解释土卫六富含甲烷的大气层的起源，并帮助研究人员了解土卫六的碳循环、以液态甲烷为基础的"水文循环"以及不断变化的气候。

"土卫六是研究温室气体甲烷如何在大气中升温和循环的天然实验室，"舒尔迈尔说。"在西伯利亚永久冻土层和北极海底下发现的地球甲烷凝块水合物，目前正在破坏稳定并释放甲烷。 因此，从土卫六吸取的教训可以为地球上发生的过程提供重要的启示。"

从这些新发现来看，土卫六上的地形是合理的。 对甲烷凝块冰壳厚度的限制表明，土卫六内部很可能是温暖的，而不是像以前认为的那样寒冷、僵硬和不活跃。

舒尔迈尔说："甲烷凝块比普通水冰更坚固，绝缘性更好。凝块外壳可以隔绝土卫六的内部，使水冰外壳非常温暖且具有延展性，这意味着土卫六的冰壳正在或曾经缓慢地对流。"

蜻蜓号翱翔在土星卫星土卫六沙丘上空的效果图。 美国国家航空航天局已授权任务团队继续开发，争取在2028年7月发射。 图片来源：NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

舒尔迈尔补充说："如果土卫六的海洋在厚厚的冰壳下存在生命，那么任何生命迹象（生物标志物）都需要沿着土卫六的冰壳向上运输，以便我们在未来的任务中能够更容易地接触到或观察到它们。如果土卫六的冰壳是温暖和对流的，这种情况就更有可能发生。"

随着美国宇航局"蜻蜓"号飞往土卫六的任务计划于2028年7月发射，2034年抵达，研究人员将有机会对这颗卫星进行近距离观测，并进一步研究其冰冷的表面，包括一个名为"塞尔克"的陨石坑。

编译自/SciTechDaily