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泰坦的天氣因季節而異,與地球有類似的晝夜平分點。在獨特的循環中,碳氫化合物分子蒸發,凝結成雲、並降雨回到地面。
(IGPG / Labex UnivEarthS / University Paris Diderot / University Paris Diderot)
當太陽穿過泰坦的赤道時,大熱的雲層可以在熱帶地區形成,並導致強大的“有機(甲烷)風暴”。在幾次飛越的過程中,卡西尼號有幸見識到了這樣的景象。
今日在《自然地球科學》(Nature Geoscience)雜誌上發表的這項研究,有助於科學家們更好地瞭解這顆“大衛星”的迷人動態環境。
同時它也是繼地球和火星之後,太陽系中有沙塵暴的星球。研究一作、法國巴黎狄德羅大學的天文學家 Sebastien Rodriguez 表示:
我們已經知曉了土衛六的地質和烴類循環,現在又發現了它與地球、火星的另一個類比 —— 活躍的塵埃循環。
大氣化學產生的複雜有機分子(從泰坦赤道附近的大沙丘地區揚起),一旦足夠大,最終就會回落至地表。
卡西尼號“可視與紅外測繪光譜儀”2009~2010 年間拍到的“清晰明亮點”
在 2009 年的“北方晝夜平分點”周圍拍攝到的一批紅外照片中,塞巴斯蒂安及其團隊發現圖片中有三個不同尋常的異象,他們認為可能正是這種甲烷雲。
然而徹底的調查,顯示其完全不同 —— 根據我們對泰坦雲形成的瞭解,該地區一年中這個時期的甲烷雲,在物理上是不可能的。
該區域內可以發展的對流甲烷雲,將會包含巨大的水滴,並且處於非常高的高度,遠高於建模所示的 10 公里。
研究人員還能夠排除這些特徵,實際上是以冰凍甲烷雨、或冰冷的熔岩形式而存在於地表上。這樣的表面斑點具有不同的化學特徵,並且可以保持長時間可見。
而本研究中的明亮特徵,僅在 11 小時 ~ 五週內可見。建模還指出,這些屬於大氣特徵,但仍然靠近於地表 —— 最有可能形成一層非常薄的微小固體有機顆粒。
由於它們位於泰坦赤道附近的沙丘地帶,唯一剩下的解釋,就是這些斑點實際上失聰沙丘上揚起的塵埃雲。
卡西尼號飛越土衛六(Titan)的想象圖(via:NASA)
塞巴斯蒂安稱,儘管這是有史以來第一次觀察土衛六的沙塵暴,但這一發現並不令人驚訝。
我們認為,當惠更斯探測器於 2005 年 1 月降落在其表面時,其強大的空氣動力學尾流,就會產生少量的有機塵埃。
在泰坦上著陸之前,惠更斯只對其地面風速進行了一次直接的測量。當時的數值非常低,還不到 1 m/s 。
但卡西尼號紀錄的規模,顯然要大得多。我們從中看到,要產生如此大的塵埃,所需的地面風速必須非常強大 —— 大約是地表測量和氣候模型估算平均值的五倍。
目前對於這種強烈的地面風,唯一令人滿意的解釋就是 —— 它們可能與我們在該地區、和季節觀察到的巨大甲烷風暴前可能出現的強烈陣風有關。
這種被稱作‘haboob’的現象(在乾旱地區暴風雨前有巨大的塵埃雲),在地球上也可以觀察到。
強風產生大規模沙塵暴,意味著下層的沙子也開始運動 ——
覆蓋泰坦赤道地區的巨大沙丘仍然活躍,並且在不斷變化著。風可以將沙丘上產生的塵埃遠距離運輸,導致土衛六上有機塵埃的全球循環,併產生於地球和火星上相似的觀測效果。