土卫六“泰坦”上的“湖泊”消失之谜：“幽灵湖”证明季节变化存在

在土卫六“泰坦”的北半球，科学家发现无数小湖，南半球则只发现一个大湖

在地球上，雨水落到池塘、溪流、湖泊和海洋，而后渗入周围的岩石并蒸发。这些水蒸汽最后又以雨水的形式降落地表。土卫六“泰坦”也会下雨，但并不是水，而是液态甲烷。

科学家发表了两篇新论文，阐述了土卫六上这种怪异的无水版“水循环”是如何产生的。为了揭示这种循环，两支研究小组将目光投向“卡西尼”号飞船获取的数据。2017年9月，这艘飞船以“自杀”的方式结束土星系统勘测任务。服役期间，“卡西尼”号曾100多次飞掠土卫六，获取了这个奇异世界的大量重要观测数据。

“卡西尼”号获取的土卫六近红外图像，北极海洋反射阳光

“卡西尼”号的观测数据帮助科学家得出了一些引人注目的发现。他们得以第一次瞥见土卫六表面的液体，而不仅仅是揭示液体存在的少许特征。美国宇航局喷气推进实验室的行星学家罗萨利·洛佩斯表示：“‘泰坦’是太阳系内除地球外唯一一个地表覆盖大面积液体的世界。有些人喜欢将‘泰坦’称之为‘太阳系外侧的地球’。”洛佩斯参与了“卡西尼”号任务，但并没有参与两篇新论文的撰写。

其中一篇研究论文的主执笔人、约翰斯·霍普金斯大学应用物理学实验室的行星学家沙侬·麦克凯泽表示：“‘泰坦’是太阳系内最有趣的卫星。研究‘泰坦’让我们遭遇很多挑战，但我认为一切都是值得的。我们不能直截了当地对‘泰坦’进行研究。这颗卫星向我们抛出了很多难题。”

“卡西尼”号飞船获取的图像，展示了土卫六“泰坦”北半球的湖泊和海洋。土卫六是太阳系内除地球以外唯一一颗地表存在稳定液体的星球。土卫六上的湖泊和海洋主要由甲烷和乙烷构成

麦克凯泽对一个潜在难题进行了分析。“卡西尼”号飞船曾发现三个疑似液态湖的小规摸地貌特征。但当这艘飞船重返这一区域时，湖水已经干涸。观测结果表明这些液体要么蒸发，要么渗入周围区域。

麦克凯泽和其他论文作者认为这些“幽灵湖”可能是土卫六存在季节变化的证据。“卡西尼”号的两次观测间隔7年。在此期间，土卫六的北半球从冬季变成春季。不过，情况或许并不这么简单，因为两组观测数据由不同仪器获取。在设计上，“卡西尼”号使用雷达或者红外相机收集数据，而不是两个仪器“双管齐下”。第一次飞掠时，因为成像区域太暗，无法使用相机。

艺术概念图，“卡西尼”号造访土星系统

麦克凯泽必须将观测仪器的变更作为一个潜在变量。不过，她仍旧相信两次飞掠期间发生了一些变化。这片区域可能一度存在大量液体，随后又消失踪影。如果两次飞掠发现的信号差异由其它现象导致，仍能为科学家提供线索，以进一步了解这颗奇异的卫星。长久以来，科学家便在搜寻地外生命迹象，土卫六正是热门候选星球之一。

麦克凯泽说：“如果我们在土卫六表面发现了某种新物质，仍旧是一项非常有趣的发现，因为‘泰坦’上的沉积物对前生命化学过程具有重要意义。”尽管麦克凯泽只将目光聚焦于疑似消失的三个小湖。“卡西尼”的观测区域内实际存在大量湖泊。在第二篇论文中，科学家阐述了如何利用雷达数据对一些面积更大的湖泊进行研究。

“卡西尼”号获取的雷达数据揭示了土卫六液态甲烷/乙烷海洋的深度

2017年4月，“卡西尼”号最后一次飞掠土卫六时，这艘飞船奉命收集湖区的一种特殊类型数据，即测高学数据，用于测算不同物质的高度。加州理工学院行星学家马克·马斯特洛吉斯珀曾用类似数据测算土卫六液态海洋的深度。“卡西尼”号项目组希望对湖泊进行同样的测算。

根据马斯特洛吉斯珀及其同事的测算，土卫六某些湖泊的深度超过100米，主要由液态甲烷构成。他说：“我们发现这些湖泊的构成与土卫六上的液态海洋非常类似。我们认为这些湖泊由当地的‘降雨’进行补给。在盆地内，‘湖水’最终消失踪影。”这说明土卫六的地下可能存在另一个与地球类似的地貌——洞穴。

“卡西尼”号的观测表明土卫六表面存在一个巨大的湖泊。土卫六表面的液体主要是甲烷（黑色），固态表态则由水冰（金色）构成

在地球上，很多洞穴由水溶解周围的岩石（例如石灰岩）形成。这个过程会造就喀斯特地貌。喀斯特地貌以泉水、含水层、洞穴和落水洞为主要特征。对土卫六湖区进行研究的科学家认为，他们发现了类似的喀斯特型地貌特征。不过，他们并未发现将各种液体相关地貌连接在一起的渠道，这也就是为什么马斯特洛吉斯珀和其他科学家怀疑某些液体可能渗入周围岩层，就像地球上的喀斯特地貌一样。

洛佩斯说：“‘泰坦’是一个在地质上与地球类似的世界。研究液态湖泊和海洋与地质特征之间的交互是我们此前无法做到的。”在土卫六“泰坦”上，科学家发现了这种交互并展开研究。不过，这种研究要面临很大难度，毕竟“泰坦”并不是“卡西尼”号任务或者其它任务的首要目标。

“蜻蜓”任务艺术概念图

洛佩斯说：“我们正在讨论的潜在探索任务，派遣机器人探测器钻进土卫六和火星的熔岩管和洞穴。也许在将来的某一天，我们便会派遣机器人勘测外星球的熔岩管和洞穴，看看能够在这些地下世界得出怎样的发现。”

这种勘测任务不可能在近期内成为现实。现在，美国宇航局正谋划一项名为“蜻蜓”的计划，旨在派遣无人机勘测土卫六。如果付诸实施，“蜻蜓”任务将于2025年发射，9年后抵达土卫六。如果宇航局不选择“蜻蜓”计划，其它任务设想便有了实施机会。麦克凯泽说：“土卫六是一颗很酷的星球，我们有必要再度造访。”

4月15日，《自然·天文学》杂志刊登了麦克凯泽和马斯特洛吉斯珀的论文。

翻译： 牛树军