土衛六:土星的衛星-中文百科頻道

天體概述

土衛六的英文名稱“泰坦”，是土星最大的衛星，也是太陽系中的第二大衛星，在太陽系中它的大小僅次于木星最大的衛星木衛三。但2012年初的觀測也顯示其濃密的大氣可能使人們過高估計了土衛六的直徑，如同許多其他的衛星一樣，土衛六比冥王星的質量和體積都要大。

名稱來曆

土衛六的發現者惠更斯簡單地把它稱為Saturni Luna（土星的衛星）。其他另外七顆當時已知的土星衛星的名稱來自約翰·赫歇爾爵士（約翰·赫歇爾是威廉·赫歇爾爵士之子，威廉·赫歇爾本人發現了土衛一和土衛二），約翰·赫歇爾在1847年出版的《在好望角天文觀測的結果》一書中把這顆新衛星命名為泰坦，泰坦在神話中是克羅諾斯（即希臘神話中的薩坦-Saturn-土星）的妹妹。

物理特性

土衛六平均半徑2575千米，質量1.345×10千克，平均密度1.880×10千克/立方米。

土衛六環繞土星公轉軌道半長徑為1221850千米，偏心率0.0292，軌道平面與土星赤道面的交角為0.33°，公轉周期15天22時41分24秒。土衛六的自轉周期與公轉周期相同，這一點與月球類似。土衛六有濃密的大氣，主要成分是氮，表面大氣壓力1.5×10帕斯卡，表面溫度-178℃。

土衛六質量與木衛三，木衛四，海衛一，小行星134340大體類似。土衛六一半是水冰一半是固體材料。在多個不同結晶狀冰層的3400千米下有一個固體核心。其核心内部應該仍然熾熱。雖然土衛五以及其他的土星衛星也類似，但土衛六的核心密度更大，這是因為它體積巨大造成重力壓縮其内部造成的。

土衛六大氣的94%是氮氣，那裡還有大量不同種類的碳氫化合物殘餘（包括甲烷、乙烷、丁二炔、甲基乙炔、丙炔腈、乙炔、丙烷），以及二氧化碳、氰、氰化氫和氦氣。這些碳氫化合物被認為來自于土衛六上層大氣中的甲烷。當甲烷因為太陽輻射而發生反應就會産生濃密的桔紅色煙雲。土衛六表面那像是被塗上了一層柏油的有機物沉澱叫做tholin。土衛六沒有磁場保護，所以當它有時運行在土星的磁氣層外時，便直接暴露在太陽風之下。這導緻大氣電離并在大氣上層釋放出一些分子。

土衛六的大氣中會有少量的水蒸氣存在。其表面除了覆蓋全球的迷霧之外也有各種不同的雲。雲可能是由甲烷，乙烷或簡單的有機物組成。其他稀有的複雜化學物質是土衛六在太空外觀呈現橙色的原因。

大氣情況

大氣情況土衛六是已知擁有真正大氣層的衛星，其他的衛星最多隻是擁有示蹤氣體.。大氣的存在是1944年首先被傑勒德·柯伊伯（Gerard P.Kuiper）使用光譜望遠鏡發現的，他發現土衛六大氣的甲烷局部壓力達到100毫巴。後來，旅行者太空船的觀測也證實土衛六上擁有大氣，事實上，土衛六的大氣壓比地球還要大一點，星球表面的壓力是地球的1.5倍。土衛六表面濃密的雲層遮蓋住了它的表面地貌。人們一般認為土衛六表面是固态或液體乙烷。從地球的雷達測量發現那裡沒有大範圍的乙烷海洋，但是仍然有可能存在小的乙烷湖。

後來，科學家對卡西尼太空船發回的照片進行研究，認為土衛六上或許根本不存在液态甲烷海洋。研究人員曾通過地面望遠鏡對土衛六進行觀測，他們當時認為，種種迹象顯示這一土星衛星上可能存在液态海洋。但是，科學家們對得出的結論仍有疑惑之處，因為以前的觀測顯示土衛六表面确有着閃爍的液體反光，尤其是幾年前通過大型無線電望遠鏡觀測的結果更證明極有可能存在液體海洋。

土衛六大氣的98.44%是氮氣，是太陽系中惟一除了地球外的富氮星體，那裡還有大量不同種類的碳氫化合物殘餘（包括甲烷、乙烷、丁二炔、丙炔、丙炔腈、乙炔、丙烷，以及二氧化碳、氰、氰化氫和氦氣）。這些碳氫化合物被認為來自于土衛六上層大氣中的甲烷。當甲烷因為太陽輻射而發生反應就會産生濃密的桔紅色煙雲。土衛六表面那像是被塗上了一層柏油的有機物沉澱叫做tholin。土衛六沒有磁場保護,所以當它有時運行在土星的磁氣層外時，便直接暴露在太陽風之下。這導緻大氣電離并在大氣上層釋放出一些分子。

在接近表面時，土衛六的溫度大約是94K(-179.15℃)。水冰在這種溫度下會升華，所以大氣中會有少量的水蒸氣存在.土衛六表面除了覆蓋全球的迷霧之外也有各種不同的雲。雲可能是由甲烷，乙烷或簡單的有機物組成。其他稀有的複雜化學物質是土衛六在太空外觀呈現橙色的原因。

2004年11月卡西尼号飛越過土衛六照片中明亮多雲的南極,但并未發現期望的甲烷存在.這令科學家們困惑,対雲成分的相關研究仍然在進行中,人們過去關于土衛六大氣的知識可能需要重新書寫。

2004年卡西尼号觀測大氣的結果發現土衛六大氣“超級旋轉”，就像金星那樣，其大氣要比表面旋轉快很多。

據美國科學日報報道，近期，西班牙格拉那達大學和瓦倫裡亞大學的物理學家們通過分析“惠更斯”探測器對土衛六的特殊觀測數據，明确地證實土衛六大氣層中存在着雷電風暴等自然電活躍性活動。科學團體認為有機分子、早期生命形式可能形成于行星或衛星具有雷電風暴的高層大氣層中。

自從1908年，西班牙天文學家喬西·科馬斯·蘇拉發現土衛六具有大氣層以來，在其他衛星上未曾發現過大氣層的存在。他解釋說，“在土衛六上形成着具有傳遞運動的大氣雲層，因此靜态電場和暴風雨狀況可以形成。依據俄羅斯生物化學家亞曆山大·奧帕金的理論和斯坦利·米勒的實驗，土衛六具有雷電風暴活動性的大氣層可能形成有機物質和早期生命形式，該條件下通過釋放電量可從無機混合物中綜合形成有機化合物。

表面特征

2004年11月26日的一次飛越土衛六的觀測，發現土衛六光滑的表面上隻有很少的沖擊環形山，這些環形山在光線的作用下明暗對比強烈。這大概是土衛六烴雨或烴雪落入環形山或火山噴發活動活躍造成的經常地殼重構所緻。

探測器的分光器發現亮區和暗區發射的太陽光波長一樣，這就意味着它們可能由相同的物質組成（或者至少是覆蓋着相同的物質）。至于到底是什麼物質，人們依然不清楚。人們曾希望憑借探測器觀測物體或液體反射光線而發現的烴湖或烴海并未被探測到。這使得科學家懷疑土衛六表面可能是完全呈冰狀或泥濘狀态。

為了更好地了解表面地貌，卡西尼太空船在飛近土衛六時使用了雷達遙感測繪技術。傳回的第一張圖片就展現地表是一個複雜，崎岖與平坦并存的區域。這種地貌看來應該是由火山造成的。火山可能噴發出水和氨水。另外也發現了一些好像風蝕産生的條紋狀地貌。還有一些看起來是已經被填平的沖擊環形山，其中的液體可能是液态烴。湖中有或沒有什麼現在仍然無法确定。另有一些區域返回的信号看來，可能是固體或液體，但其他的解釋仍然存在。

地表溫度

天文學家認為，這顆衛星的寒冷程度超過南極洲，其平均地表溫度低達零下292華氏度(零下180攝氏度)。科學家表示，雖然土衛六上如此寒冷，會使水始終保持固體狀态，但是它上面的風、雨，使它成為太陽系中與地球最相像的天體。

宜居指數

2011年11月，一支由美國華盛頓州立大學科學家領導的國際研究團隊對多個可能宜居的行星和衛星進行綜合評估，設計出行星宜居度指數和地球相似度指數兩大指标體系，對可能存在外星生命的星球進行可能性排序。

地球相似度指數是用來評估行星或衛星與地球究竟相似到何種程度，該指數考慮的因素包括星球大小、密度以及與主恒星的距離等。行星宜居度指數需要考慮許多不同的因素，如星球表面究竟是岩質的還是冰凍的、星球是否有大氣層、是否有磁場等。此外行星宜居度指數還考慮生物體是如何獲得能量的，是利用主恒星的光能還是通過一種被稱為“潮汐可撓性”的過程獲得能量。化學因素也是行星宜居度指數考慮的因素之一，如是否存在有機化合物等。

根據研究結果，地球相似指數最高的為系外行星Gliese 581g，分值為0.89。而土衛六的宜居指數為0.64，在諸多行星及衛星中位居首位。

探測記錄

旅行者号

旅行者1号和旅行者2号曾經檢視過土衛六。旅行者1号曾試圖盡可能的接近土衛六；不幸的是，旅行者1号上沒有儀器能夠穿透土衛六上的迷霧，因為當時不知道上面有雲層的存在。

卡西尼—惠更斯号

2004年7月1日，卡西尼—惠更斯号到達土星，并且使用雷達測量土衛六表面地形。

2004年11月26日，卡西尼—惠更斯号在飛躍到土衛六上方并且拍摂下很多高分辨率的土衛六表面圖像，展現了人眼從來沒有見過的明暗斑塊。

2004年12月25日，卡西尼—惠更斯号釋放出了惠更斯号，惠更斯号在2005年1月14日進入土衛六大氣層進行詳細探測。

2006年12月26日，土衛六北極地區的薄霧和雲層。“卡西尼”号探測器的土星之旅開始于2004年7月。在“卡西尼”号土星之旅的大部分時間裡，由乙烷和甲烷組成的薄薄雲層籠罩着土星北極的湖泊。

2009年8月25日，行星科學家在“卡西尼”号分光計數據中首次發現了一處奇怪的環形地形，并将其命名為“帕克西”。隕石坑通常是由小行星、彗星和流星撞擊而成，是研究星球表面的地形年代和侵蝕程度的理想工具。

2012年3月，13項關于土衛六的研究發現了此前在該星球表面從未發現過的隕石坑和河流三角洲，同時繪制出更為精确和細緻的土衛六表面和内部地圖。這些研究成果都來自于美國宇航局“卡西尼”号探測器近8年來的探測數據，科學家們的研究論文發表于2012年1月出版的《行星與太空科學》雜志之上。

2012年6月，《自然》雜志公開的論文稱，“土衛六”上一處位于熱帶的區域在近紅外光譜圖像中顯示存在暗區，極可能是大隐隐于幹旱區的湖泊，而甲烷的來源則是地表下的液态甲烷綠洲。此發現将擴大該衛星上生命可能起源的範圍。

2012年7月，據美國宇航局網站報道，來自卡西尼探測器的數據顯示土星最大的衛星土衛六冰封的地下可能存在一個液态水層。有關這一發現的論文已經被發表在《科學》雜志上。

2012年10月，根據美國宇航局卡西尼号探測器發回的圖像，科學家們在土衛六上辨認出一些巨大的高溫穹窿形構造。這很像烘烤面包時看到的情況，當進行烘烤時，面包的表皮會凸起并開裂。科學家們認為在土衛六上，正在發生相類似的情形。研究人員在土衛六表面觀測到的一條長約70公裡的狹長裂谷是由于下部物質受熱上湧引起的地表開裂，這種上湧的物質有可能是岩漿。

2012年12月，卡西尼号土星探測器拍攝到土衛六上的神秘河道，酷似埃及的尼羅河，構成了壯觀的河流系統，科學家認為土衛六上存在太陽系中除地球之外唯一的液态物質循環體系。

土衛六大氣環境非常寒冷的，這意味着即便是有水存在也無法自由流淌。科學家認為土衛六上的液體由液态甲烷、乙烷等碳氫化合物組成。有趣的是，在卡西尼号探測器顯示的土衛六河流系統并不是一個完整通暢的溝渠，而是存在部分的斷層線，這個信息暗示了土衛六基岩中存在斷裂現象。

科學研究

或存在生命

土衛六上存在豐富的有機化合物和氮等元素，與地球早期生命形成時的環境相似。土衛六上的氰和烴在一定情況下可生成腈，再被星球上的水冰水解，生成羧酸和胺類物質，而這兩者還可以生成具有重大意義的氨基酸。不過，土衛六上也存在制約生命存在的重要因素。一是溫度過低，二是尚未發現液态水的存在，三是土衛六沒有磁場保護，所以當它有時運行在土星的磁氣層外時，便直接暴露在太陽風之下，輻射可能使生命無法存在。

科學家稱，土星的衛星土衛六上巨大的碳氫化合物“冰山”湖可形成奇異生命形式。美國宇航局的研究人員表示，這一最新理論或許還能解釋來自這顆衛星上的巨大湖泊和海洋的奇怪讀數。

發現液體甲烷巨大湖泊

土衛六表面的這個新湖泊覆蓋面積有1.3萬平方英裡（3.4萬平方公裡），它位于土衛六南極位置，具有部分湖泊特征。自從“卡西尼”探測器2004年抵達土星體系，科學家就緻力于研究土衛六極地附近甲烷湖泊的特征，該研究證實了大型寒冷的衛星也存在着甲烷雨。

科學家指出，這種新湖泊隻是淺薄的沼澤地，但是觀測數據顯示當暴風雨來到時，湖泊将形成足夠深、奔流向前的液體甲烷。前不久，美國約翰斯－霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家伊麗莎白－圖特爾說：“土衛六表面的雷暴模型顯示一次暴風雨便可形成數十厘米深的甲烷雨水。”美國宇航局戈達德太空研究協會研究小組成員托尼－德爾傑尼奧（TonyDelGenio）稱，這項研究是證實土衛六表面存在液态甲烷的最直接證據。

圖特爾說：“人們看到土衛六上空的這種雲層非常類似于地球的雲層，同時人們發現該區域表面有液體洪流的迹象。”德爾傑尼奧補充指出，“卡西尼”探測器科學家在此之前并未注意到這個新湖泊的形成，當時由于科學家們意識到該區域可能出現大雨，便投入更多的精力觀測出現大雨的特征，忽視了土衛六表面形成新湖泊的迹象。

科學家非常興奮這項研究發現揭示了土衛六的氣候特征變化，當2004年“卡西尼”探測器抵達土星體系，正值土衛六南半球處于夏季，北半球處于冬季，暴風雲主要聚集形成于土衛六南極地區。季節正接近于春分，這兒不再有任何南半球暴風。德爾傑尼奧說：“暴風雨主要集中在中緯度地區，偶爾會出現在低緯度地區。”

2008年，“卡西尼”探測器已完成了4年勘測任務，計劃延長勘測時間至2010年。該探測器現運行狀況健康正常，任務操作員希望今後進一步延長其工作壽命。

圖特爾在約翰斯－霍普金斯大學實驗室的同事拉爾夫－羅雷茲（Ralph Lorenz）并未直接涉及這項研究，他指出像這樣的研究将有助于人們理想地球氣候變化的特點。他在一封電子郵件中寫道：“土衛六大氣層擁有大量的甲烷潮濕氣體，因此在度過漫長的幹旱之後會出現強烈的暴風雨天氣。”

冰封地下或存在海洋

據美國宇航局網站報道，來自卡西尼探測器的最新數據顯示土星最大的衛星土衛六冰封的地下可能存在一個液态水層。有關這一發現的論文已經被發表在最新出版的《科學》雜志上。n

論文第一作者，卡西尼項目組成員，意大利羅馬第一大學的盧西亞諾·列斯(Luciano Iess)說：“卡西尼探測到土衛六大幅度的潮汐起伏，這幾乎必然讓人得出其地表下方存在一個隐匿着的海洋的結論。”他說：“對于水的搜尋是太陽系探測行動的一項重要目标，而現在我們又鎖定了一個新的，可能富含水的天體目标。”n

讓科學家們做出此項發現的是潮汐變形現象。土星的巨大引力會讓土衛六不斷發生拉升或擠壓變形。如果土衛六完全是由固态岩石組成的，那麼來自土星的引力會造成其地表隆起，形成所謂的“固體潮”，其高度應為3英尺(約合1米)左右。然而卡西尼号的實測數據顯示這一隆起高達30英尺(約合10米)。這一數據暗示土衛六這顆星球并非完全由固态的岩石物質組成。

科學學推測土衛六可能的内部結構

在土衛六表面下方存在液态海洋這一點本身并不能構成這裡可能存在生命的結論。科學家們傾向于認為隻有當液态水跟岩石之間存在直接接觸時生命才更有可能出現。而我們目前并無法确認這一海洋的海底是否是由岩石構成的。

這一探測結果對于揭開土衛六上的甲烷持續補給之謎具有重要意義。在土衛六大氣中甲烷含量非常豐富，然而研究人員認為甲烷在大氣中應當是不穩定的，如果土衛六大氣能長期保持豐富的甲烷含量，那麼就必定存在一個能持續供應甲烷物質的來源。

喬納森·魯甯(Jonathan Lunine)是美國康奈爾大學的卡西尼項目成員，他說：“土衛六地下存在液态水層的發現非常重要，因為我們希望能理解甲烷是如何被存儲在土衛六内部的，以及這些儲存的甲烷又是如何被釋放出來的。”他說：“這一點非常重要，因為土衛六所有的不同尋常之處都和豐富的甲烷含量有關，但是其大氣中的甲烷氣體早就應該在地質學意義上的短時間内被破壞了。”

設想一個液态水構成的地下海洋，其中充滿了氨，這些氨水沿着裂隙和孔隙上升到地表層，釋放出冰層中的甲烷氣體。與此同時這樣一個地下海洋也可以作為甲烷儲備池。

發現巨型高溫穹窿構造

2012年10月22日消息，根據美國宇航局卡西尼号探測器發回的最新圖像，科學家們在土星最大的衛星土衛六上辨認出一些巨大的高溫穹窿形構造。這很像烘烤面包時看到的情況，當進行烘烤時，面包的表皮會凸起并開裂。現在科學家們認為在這顆土星最大的衛星上，正在發生相類似的情形。

此前科學家們在金星表面觀測到過相似的地形，在金星表面一座名為庫納皮皮(Kunapipi)的火山山頂，探測器拍攝到一個直徑大約20英裡(約合30公裡)的穹窿狀凸起。研究人員也相信，在土衛六表面觀測到的一條長約70公裡的狹長裂谷也是由于下部物質受熱上湧引起的地表開裂，這種上湧的物質有可能是岩漿。

美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)卡西尼項目組雷達設備科學家羅斯裡·羅普斯(Rosaly Lopes)表示：“這種穹窿形構造是此前我們從未在土衛六上觀測到過的，這顯示，即便是在長達8年的探測之後，這顆星球仍在持續地給我們帶來驚喜。”

這種獨特的構造地形可能和地球上的岩蓋相類似，所謂岩蓋就是指上升入侵的熔岩冷凝形成的。美國猶他州境内的亨利山便是這種地貌的典型代表。而這張顯示穹窿構造的圖像是由卡西尼号探測器在2012年5月22日使用雷達設備拍攝的。

另外一個由艾倫·斯托芬(Ellen Stofan)領銜的卡西尼科學家小組對土衛六南半球的雷達圖像進行了仔細審視，并在這裡發現了古代海岸線的痕迹。土衛六是除了地球之外唯一一個被确認擁有穩定液體存在其表面的星球，盡管這些液體并不是水，而是碳氫化合物。

到目前為止，人們還隻在土衛六的北半球觀測到廣闊海洋的存在。但現在，對卡西尼探測器在2008~2011年之間所收集探測數據的分析顯示在土衛六南極附近也曾一度存在廣闊的淺海區域。

斯托芬博士和她的同事們在土衛六南半球識别出兩個已經幹涸或大部已經幹涸的海洋的痕迹。其中一個這樣已經幹涸海洋的面積可能曾一度達到475x280公裡的大小，深度可能達到數百英尺。土衛六南半球面積最大的湖泊安大略湖(Ontario Lacus)正位于一個幹涸的海洋範圍之内，看起來似乎是曾經的汪洋大海僅剩的一部分水域。

而另一個由卡西尼雷達小組成員，加州理工的奧迪德·安羅森(Oded Aharonson)博士領銜的研究小組則認為土衛六正在經曆和地球的米蘭科維奇周期相類似的長期變化，這是由于軌道運行方面表現出來的長期規律性變化引起的結果。這種長期的氣候性變化将導緻土衛六地表的液體在其南北半球之間來回遷移。根據這一模型，土衛六的南半球在大約5萬年前應當曾經擁有面積廣闊的巨大海洋。

斯托芬博士表示：“土衛六表面的海洋正是孕育前生命化學環境的現成實驗室，并且我們還知道它正以大約10萬年為周期在南北半球之間進行遷移。”他說：“我很想仔細查看一下土衛六北半球的海洋以及南半球已經幹涸的海洋遺迹，來了解一下這些前生命化學演化究竟已經進行到了何種地步。”

卡西尼小組現在已經基本證實了土衛六北半球海洋體系的穩定性。他們在過去一整個土衛六季節中(即地球上大約6年)一直對這裡的海洋進行持續的監視。而此次發布的拍攝于2012年5月22日的這張圖像中，科學家們發現北半球的湖泊岸線并未發生改變，這說明北半球的湖泊并非季節性事件。相比之下，2010年的一場暴風雨之後，土衛六赤道附近出現了明顯的變暗色區域。