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且看卡西尼號呈現泰坦眾相

最近多名科學家發表一系列論文,利用卡西尼號太空船(Cassini)的觀測資料,呈現土星最大的衛星—土衛六(泰坦,Titan)隨著季節推移與晝夜變換的不同面貌;有趣的是,這泰坦眾相,竟與地球如此相似。

泰坦雖是土星的衛星,但具有主要由碳氫化合物組成的濃厚大氣;隨著季節不同,或是晝夜變換,泰坦大氣的溫度和表面特徵如大氣中的雲層、降雨、河谷和湖泊等也會隨之變化。這個現象,出乎科學家意料之外。其中,泰坦大氣最明顯的季節變換特徵之一,就是北極區上空的大片雲層。此外,由卡西尼五年多的可見光與紅外光譜資料,也可見泰坦北半球由冬入春之際的雲層厚度如何漸漸變薄的景象。

卡西尼號太空船是在2004年時抵達土星系統時,就開始偵測到泰坦大氣有雲朵漂浮,科學家認為這些雲朵的主要成分是乙烷(ethane)。在卡西尼號在2006年12月恰好飛越泰坦半明半暗的北極上空,有機會以光譜檢測此處大氣,此時的雲層覆蓋由北極至約北緯55度的整片區域上空。但在2009年類似機會所拍攝的光譜中,覆蓋在北極上空的雲層出現大量間隙,卡西尼號因而得以透過這些雲層間隙看到極區附近由碳氫化合物形成的海怪海(Kraken Mare)和周圍環繞的其他湖泊。這些不同時期拍攝的影像,是泰坦大氣會隨季節變化的直接證據。

由於特定紅外波長可穿透雲層阻擋,直擊地表狀況,經由卡西尼號的合成紅外光譜資料分析泰坦地表溫度,不僅讓科學家們直接看到泰坦表面會隨季節變化,而且還首度發現泰坦表面溫度也會隨晝夜變換而改變。泰坦表面溫度一般在絕對溫度90幾度左右,但如同地球表面一樣,在午後時分的地表氣溫會比清晨曙光時分還溫暖些,溫差大約1.5K左右,比地球晝夜溫差小很多。不過,雖然泰坦晝夜溫差變化模式與地球類似,但泰坦「一天」的長度卻相當於16地球日之多。

此外,其中一篇論文經由電腦模擬與卡西尼號電波科學實驗觀測資料比對之後,提出關於泰坦謎樣的內部結構和其地表所見與地球表面類似的地質特徵的解釋,認為泰坦內部可能成完全分異(differentiated)狀態,意味著泰坦核心部分的密度比其他部分還高,不過核心密度還是沒有原本預期的那麼大,可能是因為核心仍然含有大量的冰,或是因為岩石與水交互作用過而形成低密度礦物。地球和其他類地行星都是完全分異狀態,擁有密度甚高的鐵核;不過這篇論文模擬結果剔除泰坦擁有金屬核心的可能,因而與卡西尼號的磁場強度計觀測 資料符合,所以泰坦內部應是溫度不高的含水岩石狀態。這個模擬同時可以解釋為何泰坦大氣中不太容易出現某些重要的氣體,例如甲烷或氬-40,主因就是因為它們根本逃出核心。

資料來源:The Many Moods of Titan[2012.02.23]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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