科學(xué)家探索土星衛(wèi)星土衛(wèi)六泰坦缺失三角洲的奧秘 _科學(xué)

這張合成圖像顯示了美國國家航空航天局卡西尼號(hào)航天器在2015年11月13日“T-114”飛越期間拍攝的土星衛(wèi)星土衛(wèi)六的紅外視圖。來源：美國國家航空航天局
據(jù)布朗大學(xué)（Kevin Stacey）：對于想要了解行星地質(zhì)歷史的科學(xué)家來說，河流三角洲是一個(gè)很好的起點(diǎn) 。三角洲將大面積的沉積物聚集到一個(gè)地方，可以對其進(jìn)行研究，以揭示氣候和構(gòu)造歷史或過去生命的跡象。這就是為什么美國國家航空航天局將其最新的火星探測器送往杰澤羅隕石坑，那里有一個(gè)著名且保存完好的三角洲。
這就是為什么行星科學(xué)家也對在土星的衛(wèi)星泰坦上尋找三角洲感興趣。泰坦是太陽系中除地球外唯一一個(gè)表面有液體流動(dòng)的行星體，因此它的三角洲可能是一個(gè)科學(xué)寶庫。
一個(gè)問題是：一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn) ，泰坦似乎基本上沒有三角洲，盡管它有大量的液態(tài)甲烷和乙烷。
“作為一名地貌學(xué)家，這有點(diǎn)令人失望，因?yàn)槿侵迲?yīng)該保留泰坦的大部分歷史，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的布朗大學(xué)地球、環(huán)境和行星科學(xué)系助理教授薩姆·伯奇說。
但三角洲的缺失引發(fā)了一系列新問題。
伯奇說：“我們理所當(dāng)然地認(rèn)為，如果你有河流和沉積物，你就會(huì)得到三角洲。” 。“但泰坦很奇怪。它是一個(gè)研究我們認(rèn)為我們理解的過程的游樂場。”
泰坦是土星274顆已確認(rèn)衛(wèi)星中最大的一顆。其厚厚的氮?dú)夂图淄榇髿鈱赢a(chǎn)生了許多類似地球的氣候和天氣特征。泰坦有云、風(fēng)、雨，還有河流、湖泊和海洋。但土衛(wèi)六的流體體不含水，而是含有甲烷和乙烷，在土衛(wèi)六寒冷的表面溫度下是液體。
2006年卡西尼號(hào)宇宙飛船飛過時(shí) ，科學(xué)家們了解到了土衛(wèi)六的液體。通過卡西尼號(hào)的合成孔徑雷達(dá)（SAR）窺視土衛(wèi)六厚厚的大氣層，該航天器揭示了蜘蛛狀的通道和與大型液體體一致的大面積平坦區(qū)域。
然而，卡西尼號(hào)的合成孔徑雷達(dá)圖像中大部分缺失的是三角洲，即使是在大河口。然而，目前尚不清楚三角洲是否真的不存在，或者它們是否只是沒有出現(xiàn)在卡西尼號(hào)的合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)中。這是Birch和他的同事們試圖通過發(fā)表在《地球物理研究雜志：行星》上的這項(xiàng)新研究來回答的問題。

卡西尼號(hào)雷達(dá)看到的地球。為了了解卡西尼號(hào)雷達(dá)可以看到土衛(wèi)六上的哪些地貌，研究人員通過卡西尼號(hào)的視角觀察了著名的地球地貌。下圖是卡西尼號(hào)看到的美國墨西哥灣沿岸的樣子。來源：伯奇實(shí)驗(yàn)室/布朗大學(xué)
卡西尼號(hào)合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的問題在于，淺層液態(tài)甲烷在任何圖像中都是透明的。因此，雖然SAR圖像可以看到廣闊的海洋和河道，但很難自信地分辨出海岸特征，因?yàn)楹茈y看到海岸的盡頭和海底的起點(diǎn) 。
在這項(xiàng)研究中，Birch開發(fā)了一個(gè)數(shù)值模型來模擬卡西尼號(hào)的合成孔徑雷達(dá)在觀察科學(xué)家們非常了解的景觀時(shí)會(huì)看到什么：地球。在該模型中，地球河流和海洋中的水被泰坦的甲烷液體所取代，與水相比，甲烷液體具有不同的雷達(dá)吸收特性。
Birch說：“我們基本上制作了地球的合成SAR圖像，這些圖像假設(shè)了泰坦液體的特性，而不是地球的特性。” 。“一旦我們看到我們非常熟悉的景觀的SAR圖像，我們就可以回到泰坦，更好地了解我們正在看到的東西。”
研究發(fā)現(xiàn) ，地球的合成SAR圖像清楚地分辨出了大型三角洲和許多其他大型沿海景觀。
伯奇說：“如果密西西比河口有三角洲那么大，我們應(yīng)該能看到它。” 。“如果美國墨西哥灣沿岸有大型堰洲島和類似的沿海景觀，我們應(yīng)該能夠看到這些。”
但當(dāng)Birch和他的同事根據(jù)他們的新分析梳理泰坦圖像時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)大部分都是空的。除了土衛(wèi)六南極附近的兩個(gè)可能的三角洲外，月球上的其他河流完全沒有三角洲。研究人員發(fā)現(xiàn)，在泰坦上，終止于海岸線的大河中，只有約1.3%有三角洲。相比之下，在地球上，幾乎每一條大小相似的河流都有一個(gè)三角洲。
伯奇說，目前還不完全清楚為什么泰坦通常缺乏三角洲。泰坦河流的流體特性應(yīng)該使它們完全有能力攜帶和沉積沉積物。研究人員說，這可能是因?yàn)樘┨股系暮Ｆ矫嫔仙拖陆档萌绱酥欤灾劣谌侵拊谡麄€(gè)景觀中的分布速度比在一個(gè)地方建立起來的速度更快。泰坦海岸的風(fēng)和潮流也可能在阻止三角洲形成方面發(fā)揮同樣重要的作用。
缺失的三角洲并不是這項(xiàng)新研究提出的唯一謎團(tuán) 。對土衛(wèi)六海岸卡西尼SAR數(shù)據(jù)的新分析揭示了湖泊和海洋深處未知來源的坑。這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，海底的深溝似乎是由河流雕刻而成的，但尚不清楚它們是如何到達(dá)那里的。
伯奇說，所有這些驚喜都需要更多的研究才能完全理解。
伯奇說：“這真的不是我們所期望的。” 。“但泰坦經(jīng)常這樣對我們。我認(rèn)為這就是為什么它是一個(gè)如此吸引人的學(xué)習(xí)場所。”