瞧瞧我们在土卫六湖泊岸边发现了什么?

宁夏新泰资讯网公益2019-09-03 09:4146

土卫六在人类看来是一个神秘而奇怪的地方。那是一个寒冷的世界,有液态碳氢化合物的海洋和由水层、不同种类的冰和含水硅酸盐核心组成的结构。它甚至可能有低温火山。这颗土星最大的卫星的奇特之处还在于它碳氢化合物湖岸边的奇异晶体。


图解:卡西尼-惠更斯号拍摄到真实色彩的土卫六


除了再发射一艘宇宙飞船到那里,了解土卫六的最好方法就是在实验室里模拟它的环境。得益于卡西尼号太空探测器和惠更斯号太空探测器,科学家们对土卫六的了解比以往任何时候都深。现在,主要基于卡西尼-惠更斯提供的数据的实验室模拟揭示了土卫六上的一些奇异现象。


图解:在这张卡西尼号拍摄的土卫六照片中,中部偏右的那个亮区被称为"上都"(Xanadu,世外桃源15°S 100°W),人们对那儿到底是什么仍然一无所知


新的研究揭示了由乙炔(C2H2)和丁烷(C4H10)组成的晶体的存在,它们很可能形成于土卫六湖的岸边。此前的研究基于卡西尼号的数据和图像,显示出土卫六上赤道地区干燥的湖岸上残留有蒸发物质的迹象。现在科学家们已经重现了土卫六的环境和化学成分,并观察到了奇异晶体的形成,他们非常确定这就是卡西尼在土卫六湖岸线上所看到的。


图解:这幅来自美国宇航局卡西尼号太空探测器的彩色马赛克图显示了土卫六北部湖泊和海洋的最完整的景象。土星的卫星土卫六是太阳系中除地球外唯一表面有稳定液体的星球。土卫六的湖泊和海洋中的液体主要是甲烷和乙烷。图片来源:NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS


这项名为“乙炔-丁烷共晶体:土卫六上潜在丰富的分子矿物”的新研究于2019年6月24日在华盛顿西雅图举行的天体生物学科学会议上发表。主持人是加州理工学院NASA喷气推进实验室的摩根·凯布尔。


研究人员使用低温恒温器模拟土卫六上极冷的环境,那里的温度低至零下179.2摄氏度(94开尔文,290.5华氏度)。他们用液氮填充低温恒温器来降低温度。由于土卫六的大气层主要是氮气,所以科学家们对其进行了轻微的加热,将氮气转化为气体。接下来加入土卫六上大量存在的甲烷和乙烷,以及其他存在于土卫六上的含碳分子。


然后他们观察这个模拟土卫六的碳氢化合物,看看会发生什么。


首先形成的是苯(C6H6)晶体。我们知道苯是内燃机汽油的一种成分。它是一个雪花状的分子,由六角形的碳原子组成。但是这个苯有点不同。


图解:苯的几何结构。图片来源:By Haltopub – Own work, d’après Benzen.svg, Public Domain,


令人震惊的是乙烷分子进入了土卫六苯分子的排列结构,形成了所谓的共晶体。


接下来他们发现了另一种共晶体——乙炔和丁烷的共晶体。据主持这项研究的摩根·凯布尔说,考虑到土卫六的条件和成分,乙炔和丁烷的共晶体可能比苯的更常见。


基于所有这些,研究人员认为这些不寻常的晶体可能在湖泊周围形成一种环状结构,就像在地球水体岸边形成的盐环一样。当湖泊中的液态碳氢化合物蒸发时(土卫六有一个类似地球水循环的碳氢化合物循环),“分子矿物”就会脱落,形成环状结构。


图解:这张关于土星最大的卫星土卫六的照片是卡西尼号飞船在坠入这颗巨大行星的大气层前传回地球的最后几张照片之一。浓厚而朦胧的大气使研究土卫六变得极为困难。来源:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute


由于土卫六厚重的、朦胧的大气层,很难证实它表面发生了什么。因此,只有等到另一艘宇宙飞船造访土卫六,并绕着海岸线查看后才能确认这些晶体的形成和存在。


“我们还不确定这些环是否真的存在,”凯布尔在一份新闻稿中说。“透过土卫六朦胧的大气层很难看清。”


参考资料


1.WJ百科全书


2.天文学名词


3. universetoday- Dora冰


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