土衛六的水世界

張唯誠

土衛六又名泰坦，是土星最大的衛星，太陽系中的第二大衛星，個頭僅次于木衛三。它的直徑是5150千米，比水星還大，接近冥王星的2倍。1655年，荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯最先發現了這顆衛星。1698年，惠更斯推測其他星球上應該也存在水，并認為那些水“想必是流動的，又清澈又美麗。我們地球上的水假若到了木星和土星就會被立即凍住，因為它們離太陽太遠了。每個星球一定都有自己的不會凍結的水。”

惠更斯說對了，300多年后，一艘名為“卡西尼”號的土星探測器來到了土星，探測了整個土星系統，大約80次飛越了土衛六?！翱ㄎ髂帷碧栕C實了惠更斯的猜測：土衛六上存在液態的“水”，而且這種“水”是獨特的，是土衛六“自己的不會凍結的水”。

土衛六的這種“水”是甲烷水。土衛六非常寒冷，表面溫度為-180℃，在這種溫度下，甲烷以液體的形式存在，它們像水一樣流動，而且“又清澈又美麗”。

“卡西尼”號攜帶的專門用于探測土衛六的子探測器“惠更斯”號，于2004年12月25日脫離“卡西尼”號飛向土衛六。2005年1月，“惠更斯”號進入土衛六的大氣層，穿越了潮濕的云層，用照相機拍攝了河道、海灘和島嶼，最后在一條空曠的河道邊著陸?！盎莞埂碧杺骰亓撕拥栏浇膱D像：那里似乎流淌過液體，一些小巖石散布在地上，很光滑，就像地球上河流旁邊常見的石頭。

在接下來的10年里，“卡西尼”號一直關注著土衛六。2006年，經過多次有計劃的雷達掃描，“卡西尼”號完成了土衛六北半球的湖泊成像。探測顯示，其中一個湖泊長達1000千米，已經足以被稱為海，后來被命名為“克拉肯?！薄２痪煤?，又有兩個海得到了確認，人們還同時發現了十幾個湖。探測表明，土衛六上有很大的“水”面，那些甲烷水可以蒸發、凝結、降落，形成蔚為壯觀的大氣循環。土星繞太陽運行一周需要29.5年，隨著土星的運行，土衛六上的季節也會發生緩慢的變化?！翱ㄎ髂帷碧柊l現，土衛六正在變得越來越活躍：云在霧氣中浮動，甲烷雨落下后沿著河流一樣的水道流進湖里，湖水泛著微波，湖面平緩如鏡；但在有些地方，波浪卻變得洶涌起來，似乎預示著一場風暴即將來臨……

多年來，土衛六上的湖泊和海成為人們關注的焦點，那些水體隱藏著不少秘密。首先，其中的“水”含量究竟有多大就很難判斷，因為很難探測到它們的深度，只在南半球的安大略湖找到很少的線索?？茖W家發現，自“卡西尼”號到來后，這個湖的一些地區向內萎縮了幾千米。他們據此估計，湖面每年下降大約1米，這表明一些地方的湖床是平緩的。

2013年5月，“卡西尼”號低空飛掠土衛六的第二大?！惣喓r，它的雷達正對著下方，掃描了下方的陸地和海水。通過測量雷達波往返于探測器和星球表面的時間，“卡西尼”號描繪了下方的地形。科學家發現，這次掃描中“卡西尼”號傳回了一束來自海底的回波。當負責數據處理的科學家、意大利羅馬大學的馬爾科·馬斯特羅朱塞佩發現這束回波時，他高興得幾乎不能自已，迫切地想把這個消息告訴別人，因為這是人類第一次在地球之外的星球上測量到了一個海洋或者湖泊的深度。這次的測量顯示，麗姬亞海的深度為160米。

更加令人欣喜的是，這束回波還讓科學家得到了一個判斷海水組成的線索。一直以來，科學家認為，土衛六上的“水”由甲烷和乙烷組成，由于甲烷比乙烷不穩定得多，所以甲烷應該蒸發得更快?？茖W家曾通過計算機模擬，綜合“卡西尼”號的觀測數據推測了湖中的物質組成，認為在兩極地區的湖泊中，乙烷大約占3/4，另有10%的甲烷、7%的丙烷，以及更少的氫氰酸、丁烷、氮和氬等。

然而，土衛六又一次讓每個人感到意外。美國噴氣推進實驗室的科學家卡爾·米切爾和他的研究團隊設計了一項實驗，將甲烷和乙烷帶進實驗室，然后用“卡西尼”號探測海底時用的那種雷達波照射它們。結果發現，乙烷對這種雷達波具有極強的吸收作用，甲烷則沒有，這表明之前的推測很可能存在偏差，麗姬亞海海水的主要成分很可能是液態的甲烷。

科學家還根據“卡西尼”號對麗姬亞海的探測估計了土衛六海水的總量。如果其他海洋中的水體組成及海底特征和麗姬亞海一樣，那么土衛六上的海水總量大約為70000立方千米，是地球上已知石油儲量的55倍。

2014年3月，科學家公布了一幅最新的湖泊地圖。從圖上看，克拉肯海被一個海角和一些島嶼分成了兩部分，有科學家稱之為“克拉肯咽喉”。他們估計，在“克拉肯咽喉”附近，土星的引力有可能引發海潮，當土衛六隨著土星在軌道上運行時，海潮會時起時落，其落差大約可達1米。

人們推測，當北邊漲潮、南邊退潮時，海水會通過“克拉肯咽喉”從一邊流向另一邊，其流速可達每小時2000米。這樣的流速看起來不快，只相當于我們散步的速度，在地球上根本不算什么，但在土衛六上就不同了。由于土衛六的引力比地球小得多，土衛六上的海水會比地球上的水更輕，所以克拉肯海的海潮會顯得很活躍。而在“克拉肯咽喉”附近，潮流還可能形成大旋渦，從而發出巨大的聲響，其壯觀的情景應該并不亞于地球上類似的景象。

但總體上說，土衛六上的“水”面看來非常平靜?？茖W家推測，這是因為土衛六上的風太小的緣故。根據目前得到的數據，土衛六上的風速不超過1米/秒。雷達的探測顯示，麗姬亞海的海面平滑得像一塊綢緞，其浪高甚至不超過1毫米。不過在2012年，人們用雷達波探測土衛六上最小的蓬加海時發現了4道反射光，它們可能來自海面上的波浪，浪高兩三厘米，很可能預示著風暴季節即將來臨。

隨著夏天的臨近，土衛六上活躍的季節似乎的確就要來臨了。根據氣候模型的推演，土衛六上的風速將達到2米/秒。這在地球上依然只是微風，但請不要忘記土衛六的引力比地球小，而甲烷水又比地球上的水更加清澈，所以比較而言，土衛六上的海洋更加敏感，加上土衛六的大氣還更稠密，所以它的風就更有力量。這樣一來，2米/秒的風在土衛六上就足以掀起浪高約1米的波浪。當這樣的波浪涌向海灘時，很可能變成洶涌的巨浪，形成蔚為壯觀的景象。

科學家針對土衛六的探測還在進行中。目前的探測已經顯示，土衛六很像早期的地球。例如土衛六上的大氣中充滿了復雜的有機分子，它們會降落到地面和海洋里。尋找這些有機分子，對理解生命的形成和星球的演化非常有意義。鑒于此，人們探索土衛六的意愿已變得越來越強，這促使了一些探測方案的形成。例如，有科學家建議在下一輪的土衛六探測活動中使用船舶、熱氣球或者飛機對其大氣、地表和湖泊進行全方位的探測。人們還設想打造一艘探測船降落在土衛六的“水”面上，然后隨波逐流，它將是人類第一艘漂浮在外星“水”面上的“作業船”。

科學家認為，麗姬亞海是適合探測船降落的海面。這個海比地球最大的淡水湖——北美的蘇必利爾湖——還要大，占整個土衛六表面的0.12%。按照設想，這艘探測船將在麗姬亞海展開為期6個月的“水上考察”。

不過，也有科學家提出了更加大膽的考察方案，那就是送一艘潛艇進入海下，然后潛入甲烷海的深處，用聲吶探測土衛六奇妙的水下世界，用質譜儀檢測海水的化學組成，研究其中的碳基化學物質和有機分子。它會遇到什么？會給人們帶來怎樣的消息？人們正期待著對土衛六的探索邁向深入。