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甲烷巨人


圖廿五 土衛六泰坦是太陽系中唯一一顆有成熟
大氣層的衛星,泰坦的大氣由氮氣和甲烷組成,
跟40億年前的遠古地球很相似
[Credit: NASA/JPL/SSI]

圖廿六 泰坦的大氣上有一層煙霧,大氣中的甲烷受紫外線的照射而形成乙烷(ethane)和乙炔(acetylene)等碳氫化合物,整個泰坦的大氣都被煙霧所彌漫著,可見光完全穿不透
[Credit: NASA/JPL/SSI]

土星最大的衛星,太陽系第二大的衛星泰坦,有一個地球大氣壓力1.5倍的大氣層,是唯一一顆擁有濃密大氣的衛星。這個大氣的98.4%為氮氣(nitrogen),1.6%為甲烷(methane, CH4),是除地球外,唯一一顆天體有以氮氣為主的大氣層,而這個氮氣甲烷組合的大氣層吸引了行星科學家的注意,因為在紫外線的照射下,大氣層中能製造出複雜的碳氫化合物(hydrocarbons),就像遠古的地球大氣。另外,在土星這個遠離太陽的距離下,太陽的照射很少,泰坦的表面溫度平均只有-178°C,在這溫度和大氣壓力下,正是甲烷的固態、液態、氣態三點(triple points),甲烷在泰坦上形成甲烷循環(methane cycle),就像地球的水循環(water cycle)一樣,甲烷會蒸發成雲也會下雨凝固,所以天文學家一直懷疑在泰坦的表面可能存在甲烷的海洋、河流或湖泊,天文學家一直都很想知道這顆衛星的真面目,以認知地球的過去。


圖廿七 惠更斯號登陸泰坦的過程紀錄了泰坦大氣的構造,
有機的甲烷和碳氫化合物雨不斷下到泰坦表面,
比較泰坦與地球大氣,有很相似也有很不同的地方
[Credit: NASA, Nature]

圖廿八 迷一般的泰坦終於在卡西尼配有透視泰坦大氣能力的儀器下解開了面紗,地質很年輕,中心右下方較亮的地方稱為世外桃園地區,惠更斯號於附近著陸
[Credit: NASA/JPL/SSI]

為了探索泰坦的構造,航行者1號(Voyager 1)於1980年特地飛掠泰坦,可惜泰坦大氣頂層的霞氣(haze)完全阻隔了儀器的探測,航行者的儀器看不穿泰坦的真面目。卡西尼號有見及此,配有適合探測泰坦的拍攝科學子系統(Imaging Science Subsystem, ISS)、可見光及紅外線測繪光譜計(Visible and Infrared Mapping Spectrometer, VIMS)和雷達(Radar),能穿透泰坦的大氣探測其表面。


圖廿九 雷達下泰坦的表面看到渠道、盆地、風化的沙丘,地質非常年輕,相信基本的4種地質運動:
火山運動、地殼運動、侵蝕、隕石撞擊在泰坦上均存在 [Credit: NASA/JPL]

卡西尼的預定軌道會有44次泰坦的飛掠,2006年2月27日將會是第10次的泰坦飛掠。首輪的泰坦飛掠看到的泰坦表面並沒有全球性的甲烷海洋,也沒有明顯的甲烷河流,但雷達顯示,泰坦的地面有相當的地質活動,地質年齡十分年輕,只有約1億年,泰坦表面可能有液體的流動,但並非大型的河流系統或碳氫化合物湖。行星科學家懷疑泰坦上可能存在噴發固體冰物質的冰火山(cryovolcano),以取替甲烷海洋來解釋大氣中甲烷的由來。

圖三十 行星科學家在泰坦表面發現的冰火山,
冰火山噴出的是冰熔岩(cryomagma),
相信是甲烷和冰的混合物
[Credit: NASA/JPL/UA]
圖卅一 惠更斯的下降拍攝光譜射電計(Descent Imaging Spectral Radiometer, DISR)拍到的複雜河流渠道系統,惠更斯著陸於圖中右下方較暗的低地,較亮的地方為高地,渠道中較暗的物質並非液體,相信是由泰坦大氣下甲烷雨沉澱的有機物 [Credit: NASA/JPL/ESA/UA]

2005年1月14日,惠更斯號成功登陸了泰坦的表面,降落點位於泰坦的世外桃園地區(Xanadu Regio)附近。世外桃園是泰坦上最明顯、反照度(albedo)最高的地區,著陸點是一片陸地而非科學家憶測的海洋。雖然如此,惠更斯號在下降的時候看到著陸點附近有河流渠道系統,相信是曾經流動的甲烷河流形成。著陸後,惠更斯號探測到地面被登陸器熱力蒸發出來的甲烷,及後登陸器更向下沉了數毫米。惠更斯的登陸可算是相當成功,成功為我們揭開了泰坦神秘的面紗。

圖卅二 惠更斯在泰坦著陸點的冰卵石(ice pebbles),
相信由液態甲烷的沖刷而成,泰坦從很多方面都與地球
很相似,如氣象、地貌、河流活動,只是以甲烷系統取
代了地球的水系統,著陸點是一塊軟的固體地面,
並非硬的固體冰,就像一塊鋪上了雪、乾和濕的
沙的黏土,惠更斯著陸下沉了數mm
[Credit: NASA/JPL/ESA/UA]
圖卅三 畫家筆下的惠更斯著陸點,
惠更斯在泰坦大氣中下降了2小時
28分鐘到達泰坦的表面,著陸後傳送了3小時14分鐘的訊號,讓行星科學家能夠了解這星體上的有機化學,了解這個與我們地球曾經一樣可以孕育生命的星體
[Credit: ESA]

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