泰坦

2016-08-02 17:33
大自然探索 2016年7期
关键词:泰坦大气层液态

母行星:土星

轨道周期:15.945天

半径:地球半径的40.4%

质量:地球质量的2.25%

可居性指数:0.64

泰坦是土星的卫星(土卫)中最大的一颗,也是已知有稠密大气层的唯一天然卫星。泰坦是土星的第6颗椭圆体型卫星,而且它经常被描述为一颗类行星卫星。泰坦的直径比月球大50%,质量比月球大80%。泰坦是太阳系中第2大的卫星,个头仅次于木星的卫星加尼美得,而且泰坦比最小的行星——水星的个头还大,但只有水星质量的40%。泰坦在1655年被荷兰天文学家惠更斯发现,它是第一颗已知的土卫,是行星的卫星中已知的第六颗。

泰坦主要由水冰和岩石材料构成。与太空探测时代开始之前的金星一样,泰坦的不透明大气层也阻碍了科学家对这颗土卫的了解。这一状况持续到2004年才结束。当时,美国宇航局和欧洲空间局合作的“卡西尼-惠更斯”飞行器抵达泰坦,新的探测信息不断堆积,包括发现了泰坦极地的液态碳氢化合物湖泊。在地质上依然年轻的泰坦表面基本光滑,陨击坑很少,但也发现了山脉和多座可能的冷火山。

泰坦的大气层主要由氮组成,大气中的次要成分形成甲烷-乙烷云和富含氮的有机雾霾。包括风和雨的气候,形成了泰坦表面类似于地球的地貌,例如沙丘、河流、湖泊、海洋(很可能由液态甲烷和乙烷构成)和三角洲。泰坦的气候也像地球的那样,被季节性天气模式主导。由于表面和地下的液体,以及浓密的大气层,泰坦的甲烷循环与地球的水循环有相当的可比性,只不过前者的温度低得多。

泰坦被认为是一个富含复杂有机化合物,因而就算没有生命也会促进生命出现的环境。可能存在的泰坦地下海洋,则直接充当催化生命、甚至有可能存在生命的环境。虽然“卡西尼-惠更斯”任务并未配备能探察生物指征或复杂有机化合物的设备,但它依然证明了泰坦表面环境与原始地球颇有些相似。科学家猜测,目前的泰坦大气层与早期地球大气层的成分类似,只是泰坦大气层中缺乏水蒸气。多项实验证明,向类似于泰坦大气层的混合气体添加紫外辐射,能产生复杂分子和像索林(发现于星际空间的黏性固体物质)之类的聚合物。科学家2010年10月报告说,当施加能源给类似泰坦大气的混合气体时,生成了5种碱基(DNA和RNA的组成成分)及其他许多种化合物,其中包括蛋白质的构建单元——氨基酸。美国宇航局2013年4月3日报告说,通过模拟泰坦大气,推测泰坦表面可能存在复杂有机化合物。

实验室模拟结果让一些科学家相信,泰坦表面和地下存在足够多的有机材料,因而能启动类似于地球生命起源那样的化学进化过程。虽然泰坦表面缺乏水,但多种理论推测,含水天体对泰坦的撞击会把水带给泰坦(地球水最初也可能就是这么来的),这些水以泰坦地下海洋的形式被保存。还有理论指出,泰坦地下200千米可能存在液态氨的海洋。就算在这样的海洋里,依然可能存在生命。泰坦内核及上层之间的热传导,对于维持地下海洋中的生命来说至关重要。探察泰坦生命取决于生命效应,例如,可以检测泰坦大气中的甲烷和氮是否源于生物来源。

泰坦拥有地下海洋

有科学家提出,就像地球生物可以居住在水中一样,泰坦表面的液态甲烷湖泊里也可能存在生命。这些生物吸入的是氢而不是氧,用乙炔而不是葡萄糖代谢氢,呼出甲烷而不是二氧化碳。尽管地球生物都以液态水作溶剂,泰坦生命却可能以液态碳氢化合物作溶剂,例如甲烷和乙烷。相对于甲烷而言,水是更强的溶剂。然而,水的化学反应性更强,能通过水解作用分解有机大分子。而以碳氢化合物作溶剂的生命形式,则不会面临这种生物分子被摧毁的风险。

不过,美国宇航局2010年在一篇新闻稿中说:“迄今为止,以甲烷为基础的生命形式依然只是猜想。科学家尚未能在任何地方探察到这样的生命。但一些科学家相信,探测到的化学指征支持这样一个论点:泰坦表面存在奇异的原始生命形式,或者生命的前驱形式。”

有科学家猜测,大型小行星或彗星撞击地球,携带微生物的地表岩石可能被撞出。它们逃离地球引力,把生命带到宇宙中别的地方,其中包括泰坦。在遥远的将来,泰坦的环境条件将比现在宜居得多。50亿年后,太阳将变成一颗红巨星,表面温度大大上升,足以让泰坦表面存在液态水。随着太阳的紫外线输出下降,泰坦大气上层雾霭将消失,对泰坦表面的反温室效应会减弱,大气中的甲烷会发挥更好的温室效应,从而促进泰坦表面升温,不再寒冷。这些有利条件,将会让泰坦的宜居环境持续好几百万年,足够演化出生命。不过,泰坦上的氨,会导致化学反应的进程变慢。

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