科學:土星衛星泰坦得到一個沙丘改造

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導語:這顆土星最大的衛星可能看起來比實際年齡要年輕,因為它的隕石坑正在被抹去。

泰坦的兄弟姐妹一定很嫉妒。雖然土星的大多數衛星上都有成千上萬個隕石坑,但土星最大的衛星泰坦看起來可能比實際年齡要年輕得多,因為它的隕石坑正在被抹去。美國國家航空太空局的卡西尼號太空器的觀測結果顯示,奇特的碳氫化合物沙堆正在緩慢但穩步地填滿隕石坑。大多數土星衛星在其表面有成千上萬的隕石坑。到目前為止,在土衛六50%的高分辨率地表中,我們只發現了大約60個隕石坑。土衛六上可能還有更多的隕石坑,但由於它們被侵蝕得很厲害,從太空中是看不到的。

我們通常通過計算行星表面的隕石坑數量來估算行星表面的年齡,隕石坑越多意味著表面越老。但是,如果像河流侵蝕或沙丘漂移這樣的過程正在填滿它們,那麼表面可能比表面看上去要古老得多。這項研究是對土衛六表面氣候變化程度的首次定量可能。土衛六是太陽系中唯一一顆大氣層較厚的衛星,也是除地球以外唯一已知地表有湖泊和海洋的星球。然而,泰坦的寒冷的表面溫度在華氏-290。從泰坦的天空降下的雨不是水,而是含有液態甲烷和乙烷,它們是地球溫度下的氣體。

內什和她的團隊將土衛六上的隕石坑與木星衛星甘米德上的隕石坑進行了對比。Ganymede是一個有著水冰外殼的巨大衛星,與土衛六相似,所以這兩個衛星上的隕石坑應該有相似的形狀。然而,Ganymede幾乎沒有大氣,因此沒有風或雨侵蝕它的表面。研究小組使用了Ganymede上的隕石坑的平均深度對直徑的趨勢,這些隕石坑來自NASA的伽利略太空器的立體圖像。根據卡西尼號雷達設備拍攝的圖像估算出土衛六隕石坑的深度,計算出土衛六隕石坑的同樣趨勢。

泰坦的大氣層主要是氮氣,含有微量的甲烷和其他由氫和碳氫化合物組成的更複雜的分子。泰坦上甲烷的來源仍然是個謎,因為大氣中的甲烷在相對較短的時間內被陽光分解。然後甲烷分子碎片在上層大氣中重新組合成更複雜的碳氫化合物,形成一層厚厚的橙色煙霧,遮住了地表。一些較大的顆粒最終會雨點般地落在表面,它們似乎在那里結合在一起形成了沙子。由於這些沙子似乎是由大氣中的甲烷產生的,所以泰坦的大氣中至少有幾億年的甲烷,才能把隕石坑填滿到我們現在看到的程度。

不過,研究人員可能,泰坦目前的甲烷供應應該會在數千萬年之內被陽光分解,因此,要麼泰坦過去有更多的甲烷,要麼它正在以某種方式得到補充。研究小組成員說,有可能是其他過程填補了泰坦上的隕石坑,例如,液態甲烷和乙烷的流動造成的侵蝕。然而,這種類型的風化往往會迅速填補火山口,然後更慢,因為火山口邊緣被磨損和更少陡峭。如果液體的侵蝕是造成土衛六內部填充物的主要原因,那麼研究小組可能會在土衛六上看到許多部分填滿的隕石坑。

在應力作用下的固體材料隨時間緩慢流動。這被稱為黏性流,就像有人從一桶鮮奶油中舀出一勺時所發生的一樣,這種物質慢慢地流入,填補了洞,使表面變平。隨著時間的推移,冰衛星上的隕石坑往往會變得更淺,因為冰的流動很有黏性,所以泰坦上的一些較淺的隕石坑很可能比Ganymede上同樣大小的新隕石坑更古老或經歷了更高的熱流。然而,根據研究小組的說法,泰坦的地殼主要是水冰,在泰坦上極低的溫度下,冰的流動不足以解釋與Ganymede環形山相比如此大的深度差異。

總結:就像河流侵蝕一樣,黏性流的變形一開始會發生得很快,然後隨著材料的調整會變得更慢,所以如果土衛六的表面很容易通過黏性流變形,那麼可以想見土衛六上會有很多部分填滿的隕石坑。當卡西尼號在土星及其衛星的多年旅程中飛過土衛六時,它的雷達儀器逐漸建立了土星表面的地圖。到目前為止,該儀器已經提供了覆蓋泰坦表面大約50%的條狀數據。然而,地表和近地表的液體也會對隕石坑的形狀造成廣泛的改變,就像在地球上觀察到的那樣。

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