夏天臨近，厚厚的霧氣在空中漂浮，暴雨襲來(lái)，久旱的土地迎來(lái)少見的雨水……這是一幅多么熟悉的風(fēng)景啊！但這一幕發(fā)生在距地球超過(guò)10億千米的地方——土衛(wèi)六。土衛(wèi)六被認(rèn)為是整個(gè)太陽(yáng)系中最像地球的地方。以前，人們對(duì)它知之甚少，是一艘名為“卡西尼”的土星探測(cè)器為我們帶來(lái)了大量有關(guān)土衛(wèi)六的知識(shí)?！翱ㄎ髂崽?hào)”于2004年抵達(dá)土星，其間飛臨土衛(wèi)六幾十次，并將一個(gè)名為“惠更斯”的著陸器釋放到了土衛(wèi)六上。
“怪異行星的樣本”
土衛(wèi)六看起來(lái)的確很像地球，但它非常寒冷，昏暗。那里的石頭由水冰組成，湖水由碳?xì)浠衔锝M成。土衛(wèi)六的表面溫度為零下180℃，活脫就是一個(gè)“太空冰箱”，人們至今沒(méi)有在那里找到可以得到證實(shí)的生命跡象也便不足為奇了。但土衛(wèi)六又是活躍的，它的大氣和地表風(fēng)景時(shí)刻發(fā)生著變化：云在霧氣中浮動(dòng)，甲烷雨落下后沿著河流一樣的水道流進(jìn)淺湖中，巨大的“沙丘”分布在赤道附近，看上去像撒哈拉沙漠，那組成“沙丘”的物質(zhì)是暗色的，很像瀝青，而不是沙子。土衛(wèi)六是一個(gè)離奇的世界，行星科學(xué)家們稱它為“地球的原型，怪異行星的樣本”。
土衛(wèi)六又名泰坦，1655年荷蘭天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯發(fā)現(xiàn)了它。在希臘神話中，泰坦是一個(gè)獨(dú)眼巨人，而在太陽(yáng)系的衛(wèi)星中，土衛(wèi)六也的確堪稱“巨人”，它的直徑達(dá)5150千米，比水星還大，是土星最大的衛(wèi)星。它還一直被認(rèn)為是太陽(yáng)系中最大的衛(wèi)星，直到后來(lái)查明了木衛(wèi)三的直徑后，人們才發(fā)現(xiàn)它的個(gè)頭次于木衛(wèi)三，在太陽(yáng)系的衛(wèi)星中位列第二。
2004年12月25日，“惠更斯號(hào)”脫離“卡西尼號(hào)”飛向土衛(wèi)六。次年1月14日，“惠更斯號(hào)”著陸土衛(wèi)六，它最終落在了一條空曠的河道附近，河道里似乎不久前還流淌過(guò)液體，一些小巖石散布在地上，它們光滑、渾圓的模樣很像地球上河流旁邊常見的石頭。
橙色霧靄
假如置身土衛(wèi)六上，你會(huì)看到一種濃密的橙色霧靄，非常像地球上的煙霧污染。事實(shí)上，它的產(chǎn)生過(guò)程與地球上的煙霧污染也的確相同，那就是空氣中的光化學(xué)反應(yīng)。在地球上的一些大工業(yè)城市中，煙霧來(lái)源于低層大氣中氧、氮和碳?xì)浠衔镌陉?yáng)光作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)；但在土衛(wèi)六上，這樣的光化學(xué)反應(yīng)開始于大氣的頂層。在那里，紫外線和宇宙射線的作用引發(fā)了甲烷和氮分子之間的化學(xué)反應(yīng)，從而生成了碳?xì)浠衔锖颓杌?，這些物質(zhì)在下降過(guò)程中進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并最終生成了一種復(fù)雜的化合物，科學(xué)家們稱之為“索林斯”。索林斯是一種大而復(fù)雜的有機(jī)分子，是有機(jī)生物分子的前身，不過(guò)人們對(duì)它的了解還相當(dāng)少。
當(dāng)索林斯降到大氣的低處時(shí)，它們便形成了一個(gè)很厚的層面，這個(gè)層面會(huì)阻擋太陽(yáng)紫外線，影響大氣環(huán)流和氣候變化。再接下來(lái)，它們中的粒子進(jìn)一步增長(zhǎng)并且終于在接近地表處的由氮和甲烷組成的大氣中穩(wěn)定了下來(lái)。索林斯也可能曾經(jīng)降落在早期的地球上，但它們并沒(méi)有像在土衛(wèi)六上那樣“定居”下來(lái)，因?yàn)榈厍蛏系难踉诖蠹s20億年前就變得豐富起來(lái)，索林斯遭到了破壞，便從地球上消失了。
按理說(shuō)，土衛(wèi)六大氣層中的甲烷應(yīng)該在1500萬(wàn)年前就被光化學(xué)反應(yīng)消耗殆盡了，但奇怪的是這種事并沒(méi)有發(fā)生，所以土衛(wèi)六如何維持它的大氣層還是一個(gè)謎，也許它還擁有正在噴發(fā)著甲烷的間歇泉和火山，只是“卡西尼號(hào)”尚沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它們。
“春天的甲烷雨”
在“卡西尼號(hào)”探訪土星之前，人們認(rèn)為土衛(wèi)六上有大片湖泊，但“卡西尼號(hào)”的探測(cè)顯示，土衛(wèi)六上的湖泊面積只占地表面積的很小部分，且大多集中在極地地區(qū)?！翱ㄎ髂崽?hào)”還發(fā)現(xiàn)了一些“河道”，如2012年9月，“卡西尼號(hào)”拍攝了一條長(zhǎng)達(dá)400千米的河道，河道中的液態(tài)碳?xì)浠衔镆恢绷魅胛挥谕列l(wèi)六北極地區(qū)的一個(gè)名為“麗姬婭”的湖中。科學(xué)家們推測(cè)，土衛(wèi)六的表面很像美國(guó)西南部的沙漠地區(qū)，那里的河床在一年的大多數(shù)時(shí)間里是干涸的，只有在雨季才會(huì)有水。
盡管人們沒(méi)有直接看到土衛(wèi)六上降雨的情景，但“卡西尼號(hào)”似乎向人們提供了土衛(wèi)六上有降雨的非常誘人的證據(jù)。比如，它曾發(fā)現(xiàn)在靠近沙漠的地方有一些蜿蜒曲折的水道，某一時(shí)期那些地方變暗了，幾個(gè)星期后那里的地表又恢復(fù)了原狀。這個(gè)發(fā)現(xiàn)很有理由讓科學(xué)家們產(chǎn)生聯(lián)想，他們認(rèn)為是一場(chǎng)“春天的甲烷雨”打濕了那里的地表，然后那些“水”又蒸發(fā)或者流失掉了。科學(xué)家還推測(cè)，土衛(wèi)六上的雨滴和地球上的雨滴非常像。不過(guò)在土衛(wèi)六上，由于引力更弱，那些雨滴可能更大，降落的速度也更慢，其中的一些甚至在穿越干燥的下層大氣時(shí)就被蒸發(fā)掉了，根本就到達(dá)不了地面。
有機(jī)會(huì)造訪土衛(wèi)六的人在下雨天會(huì)看到怎樣一幅情景呢？土衛(wèi)六厚厚的霧靄將絕大多數(shù)陽(yáng)光遮擋住了，只有波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅光能夠照亮地面。假若陽(yáng)光透過(guò)甲烷雨的雨滴折射出一道彩虹來(lái)，那人們看到的將是由不同的紅色組成的彩虹，而不是七彩彩虹。
“湖水”之謎
土星繞太陽(yáng)運(yùn)行一周需要29.5年，隨著土星的運(yùn)行，土衛(wèi)六上的季節(jié)也隨之發(fā)生緩慢的變化。自“卡西尼號(hào)”抵達(dá)土星以來(lái)，土衛(wèi)六已越過(guò)它的春分點(diǎn)，正等待著夏季的來(lái)臨。
土衛(wèi)六上的湖泊隱藏著不少秘密。首先是湖泊中的“水”究竟有多少就很難判斷，因?yàn)樗鼈兊纳疃入y以琢磨。在湖中，碳?xì)浠衔锏幕旌衔镔|(zhì)使土衛(wèi)六的“水”的循環(huán)變得十分復(fù)雜，這也是科學(xué)家們很感興趣的一個(gè)問(wèn)題。“卡西尼號(hào)”已經(jīng)證明，南半球的安大略湖中有乙烷，而甲烷雨應(yīng)該也會(huì)落到湖中，但甲烷比乙烷和丙烷不穩(wěn)定得多，所以它們大概蒸發(fā)得最快，于是便把更重的碳?xì)浠衔锪粼诤小７▏?guó)科學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，綜合“卡西尼號(hào)”的觀測(cè)數(shù)據(jù)研究了湖中的物質(zhì)組成，結(jié)果顯示，兩極地區(qū)的湖泊中，乙烷大約占四分之三，另有10%的甲烷，7%的丙烷，以及更少的氫氰酸、丁烷、氮和氬。但化學(xué)組成在每個(gè)湖中并不都是一樣的，所以“湖水”的特性也會(huì)因湖泊的不同而大異其趣。
奇怪的是，人們至今也沒(méi)有觀測(cè)到任何有關(guān)波浪的證據(jù)。土衛(wèi)六的湖面如此平靜實(shí)在令人費(fèi)解，按理說(shuō)，甲烷和乙烷的混合物比水還輕，而土衛(wèi)六的引力又比地球小，況且土衛(wèi)六上的風(fēng)速不會(huì)小于每秒1米，所以土衛(wèi)六上的湖面應(yīng)該更容易掀起波浪才是。不過(guò)研究顯示，土衛(wèi)六上的風(fēng)會(huì)隨著季節(jié)的變化而發(fā)生改變，所以隨著土衛(wèi)六夏天的日益臨近，也許這個(gè)謎團(tuán)就可以解開了。
在土衛(wèi)六上，更令人驚訝的是大片的“沙丘”，它覆蓋了土衛(wèi)六20%的表面。在地球上，沙丘的形成來(lái)自于穩(wěn)定的風(fēng)的吹動(dòng)，風(fēng)將沙粒吹散開來(lái)，堆積成山脊似的形狀，并使之越變?cè)酱螅切┥匙油ǔ?lái)自石英、石膏和玄武巖。但在土衛(wèi)六上，“沙?！眮?lái)自于大氣層中的索林斯，它們降到地面后，被某種迄今尚不知道的力量塑造成了碳?xì)浠衔锏摹吧沉！?。一旦?yáng)光經(jīng)過(guò)赤道，風(fēng)就會(huì)大起來(lái)，在這種風(fēng)的吹動(dòng)下，“沙?！北阋院偷厍蛏袭a(chǎn)生沙丘的相同道理形成土衛(wèi)六的“沙丘”了。
生命跡象
土衛(wèi)六既然如此活躍，又有循環(huán)流動(dòng)的大氣和“水”，所以有科學(xué)家便相信，土衛(wèi)六上很有可能存在著某種形式的生命。
2011年6月，有科學(xué)家聲稱，土衛(wèi)六上可能存在著某種未知的生物，因?yàn)椤翱ㄎ髂崽?hào)”的探測(cè)表明，土衛(wèi)六大氣中的氫氣在臨近星球表面時(shí)沒(méi)有了，而土衛(wèi)六表面理應(yīng)存在的乙炔也并沒(méi)有探測(cè)到，所以他們推測(cè)，氫氣可能被土衛(wèi)六上的某種生物呼吸掉了，而乙炔則可能是被那種生物“吃”掉了。對(duì)于這個(gè)觀點(diǎn)，反對(duì)的聲音也不少，因?yàn)轭愃坪瑲浠衔锍两档默F(xiàn)象在早期地球的大氣層中也一直存在，但地球上并沒(méi)有出現(xiàn)以乙炔為消耗物的生命形式。
隨著人們對(duì)土衛(wèi)六探測(cè)的日益深入，它的大氣組成和化學(xué)物質(zhì)讓人們嗅到了遠(yuǎn)古地球的氣息?，F(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，生命來(lái)自于某些小分子無(wú)機(jī)物，如甲烷、氨、氫氣等，它們?cè)谥T如紫外光、電離輻射、雷電等外在的某種能量的作用下生成有機(jī)的小分子物質(zhì)，這些簡(jiǎn)單的有機(jī)物在水的參與下逐漸形成簡(jiǎn)單的有機(jī)高分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、核酸等。在特定的條件下，它們進(jìn)一步形成可與外界進(jìn)行簡(jiǎn)單物質(zhì)交換的多分子體系。最后，又通過(guò)蛋白質(zhì)和核酸的相互作用形成有原始新陳代謝功能且能進(jìn)行自我繁殖的早期原始生命。人們認(rèn)為，早期地球的生命就是這樣由簡(jiǎn)單到復(fù)雜地進(jìn)化而來(lái)的，而當(dāng)時(shí)地球的情形就與現(xiàn)在的土衛(wèi)六很有幾分相像?？茖W(xué)家們說(shuō)，土衛(wèi)六上的索林斯能經(jīng)由某種形式的化學(xué)反應(yīng)形成復(fù)雜的有機(jī)分子，這只不過(guò)是在重復(fù)早期地球上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的事情而已。
這樣看來(lái)，也許一個(gè)更加大膽和更富于想象力的土衛(wèi)六探測(cè)計(jì)劃是十分必要的，事實(shí)上，這樣的計(jì)劃正在醞釀?？茖W(xué)家們建議在下一輪的土衛(wèi)六探測(cè)活動(dòng)中使用船舶、熱氣球甚至飛機(jī)對(duì)其大氣、地表和湖泊進(jìn)行全方位的探測(cè)。例如，人們有可能打造一艘名為“土衛(wèi)六海洋探測(cè)器”的探測(cè)船降落在“麗姬婭”的水面上，然后在水面上逐浪漂浮，借風(fēng)前行。
“麗姬婭”是土衛(wèi)六上一片最大的水面，比地球上最大的淡水湖北美的蘇必利爾湖還要大，占整個(gè)土衛(wèi)六表面面積的0.12%。鑒于此，科學(xué)家們也將“麗姬婭”稱為“?！薄０凑沼?jì)劃，“土衛(wèi)六海洋探測(cè)器”將在“麗姬婭”展開為期3～6個(gè)月的“水上考察”。它將用聲納探測(cè)土衛(wèi)六奇妙的水中世界，用質(zhì)譜儀檢測(cè)湖水的化學(xué)組成，研究其中的碳基化學(xué)物質(zhì)和有機(jī)分子?！巴列l(wèi)六海洋探測(cè)器”攜帶放射性元素發(fā)電機(jī)，依靠钚元素的衰變?yōu)閮x器提供電能。初步計(jì)劃，它將于2016年啟程，7年后，也就是2023年抵達(dá)土衛(wèi)六。
除了揭秘生命起源的奧秘之外，土衛(wèi)六還將幫助我們探索系外行星的奧秘?，F(xiàn)在，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)了1200多顆系外行星的“潛在目標(biāo)”，但人們并不知道那些行星上的世界究竟是怎樣的，例如地表如何形成，大氣如何演變等等。但假若科學(xué)家們對(duì)活躍的土衛(wèi)六也有了深入的了解，人們便會(huì)擁有更多的知識(shí)去認(rèn)識(shí)系外行星，推測(cè)的依據(jù)會(huì)更充分一些，我們對(duì)宇宙的理解也會(huì)更加深入一步。
作者：張唯成
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