第四十一章土卫六像40亿年前的地球吗   尽管卡西尼号探测器已经拍回了众多图片,但对于土卫六的点滴发现直到今天依然有着轰动效应。因为这是太阳系中,大气环境最接近地球的天体之一。近日,美国宇航局卡西尼项目小组发表报告说,卡西尼飞船上几部高科技观测仪器最新拍摄发回的土卫六图像显示,土卫六上可能存在液态海洋。这一发现使土卫六更接近40亿年前的地球,它也因此再度成为天文学界关注的焦点。   等待千年才会下一次雨,落下的却是甲烷液滴;液态甲烷的洪流在地表冲蚀出了河流与湖泊;地表出现-180℃的超低温;目力所及之处,一片荒芜景象……这就是天文学家为我们描绘的土星第一大卫星——土卫六上的情景。   不过,这还不足以说明天文学家为什么对它倾注如此大的热情——事实上,土卫六最吸引人之处在于,它与太阳系内的其他卫星不同,表面包裹着一层厚重的大气,并在大气之下孕育出一个与地球环境非常接近的土卫六环境。   作为太阳系内最重要的五大行星之一,土星已经为人类熟知。古代中国天文学家将其称为镇星,认为它具有五行之中“土”的德行。   1610年,伽利略借助自己新近改良的望远镜,观察到土星周围存在一个模糊的区域。由于这个望远镜还相当简陋,因此伽利略认为土星旁边伴有小型天体,导致了这一情况。1656年,荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯利用更加精准的望远镜,辨识出了土星球的真实面目。惠更斯还在土星环外侧观察到一个微弱的光点。因为土星的拉西文名源于萨图努斯,希腊神话中提坦神族的一员,他于是将这一光点命名为提坦。这个橙色的天体,就是土卫六。为了纪念惠更斯发现土卫六的工作,后来的土卫六探测器便以他的名字命名。   上世纪40年代,天文学家发现了围绕土卫六表面包裹着一层雾霭,因此无法观察到其表面的真实状况。这表明土卫六有着非常稠密的大气层,也是其不同于太阳系中其他卫星的。“最初,天文学家通过地面仪器发现,土卫六可能是唯一有大气的卫星。”国家天文台研究员李竞指出,早在数十年前,天文学家通过地面观测,随后有天文学家推测土卫六大气中存在着氮气及甲烷,进而认为土卫六可能会有湖泊或海洋。   “如果我们站在土卫六上,看不到蔚蓝的天空,而只能看到一个粉红色或者橙色的天空。”李竞指出土卫六大气中大量存在甲烷,这造就了它瑰丽神奇的外貌。   20世纪70年代发射上天的“先驱者”11号、“旅行者”1号和“和蔼可亲”号飞船,于1979年、1980年和1981年飞掠土星,对土星及土卫家族进行了近距离探测,得到了最初的资料。   此后,便不断有天文学家根据它们发回的图像推测,土卫六可能存在液体,甚至可能存在生命的最初痕迹。   1.海洋——“卡西尼”抓住了新证据   不过,也正是由于土卫六外面这厚厚的一层橙色大气,人类一直未能观察到“提坦”表面的真实面目。   1997年,美国宇航局发射的“卡西尼”号土星探测器发射升空。2004年,卡西尼顺利抵达土星,开始了为期至少4年的探索。随后,土星的信息不断地被送回地球。2006年7月22日,“卡西尼”号掠过土卫六时,传回了首批关于土卫六的雷达图像。   科学家们终于得以观察土卫六表面的湖光山色。   图像显示,土卫六北半球高纬度地区存在大量湖泊,总数超过75个。其大小从方圆2平方千米到64平方千米不等。此外,科学家还从卡西尼探测器2005年10月25日发回的图像中发现,土卫六的赤道以南有一座长约150千米的山脉,山脉顶端看似白雪皑皑。不过,那山上积聚的或许并非是水凝结的冰雪,而是甲烷雪或者其他有机物。   不过,更大的水域很快就进入了天文学家的视野。10月13日,美国宇航局卡西尼项目小组宣布,他们在传回的图像中发现了海洋。这些海洋位于土卫六北极附近,呈深黑色,其中最大的一片面积超过10万平方千米,向南一直延伸到土卫六北纬55°左右。研究者推算其总面积超过五大湖的总面积,与里海相当。科学家们表示,目前雷达探测到的还只是这些深黑色区域的一部分,因此现在所能探测到的还只是土卫六上“海洋”的最小面积。而且依据现有资料,科学家们还无法确认土卫六海洋中流动的是不是液态水,但科学家认为无论是卡西尼号雷达照片显示的形状,还是明暗程度都说明土卫六上存在着由流动液体汇成的海洋。   负责处理“卡西尼”号探测器传回的图像的美国亚利桑那大学天文学家乔纳森·鲁尼表示:“我们一直怀疑土卫六表面有海洋,现在多种仪器为我们证实了这一切——我们的任务原来就是要在提坦上发现海洋或者湖泊。迄今为止,我们先是发现了湖泊,现在又发现了海洋。”不过,中国天文学家指出,就此认定土卫六上有流动的海洋还为时过早。“土卫六离我们很远,探测器只是拍到了一些照片。但由于土卫六表面覆盖着浓密大气,透过大气看到的土卫六表面并不清晰。”北京天文学会秘书长、北京天文馆副研究员景海荣表示,目前还无法得出确切的答案。李竞也表示“卡西尼”每次经过土卫六都会从不同角度进行拍摄,已经获得了几十万幅图像,这些图像为我们详细描绘了土卫六表面的情况,但现在离形成确定的认识还有一定距离。   2.生命——液体循环孕育希望   在乔纳森·鲁尼等科学家看来,关键问题在于土卫六不仅是已知的唯一有大气层的卫星,还可能是第一个发现有活跃、流动的液态循环的地外天体。当然,构成这种流动循环的并非地球上常见的水。土卫六大气层主要由氮构成,科学家一直认为在土卫六上存在着由碳氢化合物构成的液体海洋。   如今,“卡西尼”号终于发现了海洋的证据。   李竞指出,由于距太阳过于遥远,土卫六的表面温度低达-180℃,更准确的说法是-150~-200℃之间。“由于温度低,所以在土卫六上流动的不可能是水,而是某种冰点非常低的液体。”景海荣称,天文学界普遍认为这种液体是甲烷或乙烷——在极低温环境中,原本以气体存在的甲烷被液化了。   李竞认为这些甲烷在土卫六地壳之下:甲烷在土卫六地壳深处温暖的水或有机物质中酝酿生成,并储存在冰沉积物中。其中一些甲烷溢散到大气层,随后以雨的形式降落回地面。随后,甲烷河流再汇聚成湖泊或海洋。与此同时,太阳紫外线和其他辐射则把另一些甲烷分子转变为更为复杂的有机合成物。   事实上,大家关注的焦点并未放在甲烷的产生上,而是这种流动的液态循环地外天体,让我们看到了地外生命存在的可能性。“这一点与我们在火星上发现的水或者冰的痕迹类似。”景海荣指出,通过现有的观测,进而比照地球生命的出现形式,一般认为太阳系中的行星——火星,及卫星土卫六、土卫二上都可能曾有过生命痕迹,比如一些简单的微生物。“因为在这些星球上都曾有过液体。”无独有偶,就在卡西尼小组发表土卫六上有海洋的发现后,仅隔了两天,美国宇航局另一个研究小组便表示,一艘绕火星轨道飞行的太空船日前在火星南极地区发现了大量冰水沉积物,如果将它们转化为液态水,火星表面将可覆盖约11米深的液态水。   研究人员们将研究成果发在《科学》杂志网络版上。文章指出,新近发现的这片冰沉积物处于极地冰冠之下,厚达2.3米,含有至少90%的冰冻水及少量尘埃物质。此前,科学家已多次报告发现火星极地冰冻水,不过此次研究却测量出了冰冻水的最精确面积。领导此次研究的美国宇航局喷气推进实验室科学家杰弗里·普朗特指出,此次所采用的新设备已经发挥了其最大功效,研究人员还希望对火星北极地带也进行精确的探测。普朗特等研究员指出生命生存需要水,越了解火星水的状况,也就越有可能找到火星生命的痕迹。   3.回溯——窥探40亿年前的地球   天文学家或许能从流动的液态循环中找到孕育生命的痕迹,但这还不是土卫六最吸引人的地方。   事实上,科学家希望借助这颗卫星找回40亿年前地球的模样。“其实,发射“卡西尼·惠更斯”号探测器的初衷就是为了了解40亿年前的地球。”李竞直言。   土卫六是太阳系唯一一颗拥有浓密大气层的卫星,且大气的主要成分与地球大气非常相似——都是氮气,并包含甲烷以及一些简单的有机分子。氮气是生命的关键成分。这一切土卫六都具备了。   让我们回到40亿年前,重新观察这个我们赖以生存的地球。那时,地球刚进入太古代,地球的永久地壳尚未形成,生命更是未曾萌动。这时,地球的宏观环境就与现在的土卫六几乎完全一样:大气中充满了氮气和甲烷,但没有氧气——氧气是后来经过原始生命的呼吸还原二氧化碳制造出来的。也正是因为这样,科学家便将土卫六视为原始地球的缩影,希望通过地球早年的这个影子看看早期地球究竟是如何发育的。“到目前为止,我们只在地球上发现生命痕迹,所以就只有比照着地球生命形成的条件来衡量。我们通过地球生命演化反推到土卫六,发现其中含有的碳、氢和氮,这些都是地球生命必需的化学成分。土卫六目前的情况与地球最早期的情况确实太相似了。”李竞指出如果真要找出个不和谐的音符,那就是土卫六非常寒冷——这种寒冷程度也有点接近地球早先的情况。科学家们指出,土卫六虽然保留生命开始所需的一些条件,但因为太过寒冷,所以一般生物很难存活。   事实上,不光是土卫六给了我们观测早期地球的一个窗口,土星这颗巨行星及环绕着它的土卫家庭也在一定程度上向我们提供了太阳系演化的信息。从土星内核奇异的金属氢到外部土星环中的细碎冰石粒,从由冰物质构成的“另类卫星”土卫九到喷涌温暖间歇泉的土卫二,土星周围充满着神奇的线索,都能为46亿年前太阳系的形成过程,以及数十亿年地球生命的出现过程,提供很好的解释线索。   不过,目前科学家们最希望的就是能对土卫六海水或湖水的有机泥样进行分析,以寻找其中有机物的存在状况,以及生命痕迹。到那时,地球的演化过程与生命的真相,都可能得到完美的解答。

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