科学家首次观测到土卫六巨大沙尘暴 与生命诞生前的地球相似

在土星的卫星泰坦(土卫六)上首次发现了巨大的沙尘暴。

2004年至2017年期间，卡西尼号宇宙飞船对土星及其卫星进行了探测，数据显示这次沙尘暴泰坦在赤道地区被发现。

它使土卫六成为太阳系中第三个观测到沙尘暴的天体——另外两个是地球和火星。

这一发现发表在《自然地球科学》(Nature Geoscience)杂志上，帮助科学家更好地了解这颗土星最大卫星的“迷人的充满活力的环境”。

2009年和2010年，“卡西尼”号对土卫六进行了9次近地飞行，在这9次飞行中，“泰坦”表面突然出现了清晰的亮点。

这种光亮只能在很短的时间内出现——从11小时到5个地球星期——在之前或之后的图像中都看不到。

通过分析这些图像的红外光谱，研究人员发现这些斑点很可能是来自土卫六沙丘区域的大尘埃云。

论文的第一作者、法国巴黎狄德罗大学(University Paris Diderot)天文学家塞巴斯蒂安·罗德里格斯(Sebastien Rodriguez)说，泰坦是一颗非常活跃的卫星。

“我们已经知道了它的地质和外来的碳氢化合物循环。现在我们可以用地球和火星做另一个类比：活跃的尘埃循环。”

研究人员认为，风暴由复杂的有机分子组成，这是大气化学的结果。

一旦足够大，它们最终会掉到地面上，在泰坦赤道附近的大型沙丘地带，它们会被强大的甲烷风暴带来的强风吹起。

国际卡西尼号宇宙飞船先前观测到的甲烷风暴，是在覆盖这颗卫星赤道区域的沙丘区域上空形成，尤其是在春分前后。春分是一年中太阳穿过赤道的时间。

研究人员说，泰坦是一个有趣的世界，和地球非常相似。

事实上，它是太阳系中唯一一个大气物质丰富的卫星，也是除我们的星球之外唯一一个已知的表面液体稳定状态仍然存在的天体。

不过有一个很大的区别:在地球上，这样的河流、湖泊和海洋都充满了水，而在泰坦上，流动的主要是甲烷和乙烷。

在这个独特的甲烷循环中，碳氢化合物分子蒸发、凝结成云，随着雨水又回到地面。

泰坦上的天气随季节而变化，就像它在地球上一样。

特别是在春分前后，当太阳穿过土卫六赤道时，巨大的云层会在热带地区形成，并引发强大的甲烷风暴。

卡西尼号在它的几次飞近探测泰坦的途中观测到了这样的风暴。

当Sebastien和他的团队在卡西尼2009年在月球北部春分点附近拍摄的红外图像中首次发现三种不寻常的赤道光亮时，他们认为这些可能正是甲烷云。

然而，一项彻底的调查显示，它们是完全不同的东西。

塞巴斯蒂安说:“根据我们对泰坦上云层形成的了解，我们可以说，在这个地区，在一年中的这个时候，这样的甲烷云在物理上是不可能的。”

“这一地区在这段时间内可能形成的对流甲烷云将包含巨大的液滴，而且必须处于非常高的海拔，远高于建模告诉我们的新特征所处的10公里高度。”

研究人员也能够排除，这种新特性实际上是表面上的冷冻甲烷雨或冰冷熔岩的可能，这些将有不同的化学成分，而且保持可见的时间更长,而新出现的明亮的特性在这项研究中只有11个小时到5周时间可见。

建模还表明，这些特征一定是大气的，但仍然接近表面——很可能形成一层非常薄的微小固体有机颗粒。

因为它们位于土卫六赤道附近的沙丘地带，所以唯一的解释是这些斑点实际上是沙丘上扬起的尘埃云。

塞巴斯蒂安说，虽然这是首次对泰坦上的沙尘暴进行观测，但这一发现并不令人惊讶。

泰坦和地球有许多相似的特征。

就像地球上的海洋表面处于我们所说的“海平面”一样，泰坦的海洋也处于平均海拔。

泰坦上的小湖出现在海拔比泰坦的海平线高出几百英尺的地方。这与地球上高海拔地区的湖泊相似。

例如，地球上最大的可由大型船只航行的喀喀湖，海拔超过12000英尺(3700米)。

土卫六的液体似乎是通过类似于地球含水层系统的东西连接在地表之下的。碳氢化合物似乎在土卫六地表下流动，就像水在地下的多孔岩石或碎石中流动一样。

这意味着附近的湖泊相互交流，共享一个共同的液位。

除了地球，泰坦是太阳系中唯一一个拥有河流、降雨和海洋的地方，甚至可能还有瀑布。

当然，对于土卫六来说，这些是液态甲烷而不是地球上的水。

常规的地球上的水会在泰坦上凝结成固体，泰坦的表面温度为-180°C(-292°F)。

泰坦有着厚重的大气层和富含有机物的化学物质，就像几十亿年前地球的冰冻版本，那时生命还没有开始向大气中输送氧气。

由于土卫六比地球小，所以它的引力不能紧紧抓住它的气体包层，所以大气层向太空扩展了370英里(595公里)。

由于泰坦的低重力和稠密的大气，甲烷雨滴可以长到地球雨滴的两倍大。

利用“卡西尼”号在距地表950-1300公里(590-807英里)高空飞行时收集的数据，研究人员确定了所谓的“碳链阴离子”。

这些被认为是更复杂分子的组成部分。

研究人员称，卡西尼号等离子光谱仪(CAPS)的数据表明，泰坦上的碳链“播种”了更大的分子，因为它们离月球越来越近，而大气溶胶的前体经历了快速增长。

据欧洲航天局称，这一发现不仅表明泰坦中可能含有前生命化学的分子，还有助于解释地球上生命是如何诞生的。