想象一下,你正站在海滩上,靠近沙丘,眺望着平静的大海。干沙从脚趾间挤过,你决定在岸边建造一座沙堡,而无需使用任何液体来粘合沙粒。几周后,你又沿着同一条路回来,发现你的沙堡还在那里。
魔法?不,你只是在土星的卫星土卫六上,那里的海洋充满了碳氢化合物,沙子是带电的。
在本周一发表在《自然地球科学》杂志上的一项研究中,行星科学家发现,构成土卫六上类似沙丘结构的沙粒,在相互碰撞时可能会给彼此充电,并因静电而变得粘稠。
他们取了两种已在土卫六表面发现的碳氢化合物——萘和联苯——的沙状混合物,将其置于模拟土卫六大气条件(98%氮气)的管子中,并摇晃,让沙粒碰撞研磨20分钟。当研究人员将它们从管子中倒出时,许多沙粒都带上了电,并且有一小部分粘在了管子的内壁上。
在地球上,萘是樟脑丸的活性成分,而联苯已知会导致大鼠患癌。在土卫六上,这些化合物很可能对您仍然有害。但是,至少在理论上,玩它们也会很有趣。
“如果你抓起一大堆沙粒并在土卫六上建造沙堡,由于其静电特性,它可能会持续数周。”该研究的合著者约瑟夫·杜费克在一份声明中说。“任何着陆在土卫六上颗粒物区域的航天器都会很难保持清洁。想象一下把一只猫放进一盒包装花生里。”
如果你从未把你的猫放进一盒包装花生里,那么之后的情景大致是这样的
换句话说,带电的沙粒——甚至是沙块——可能会烦人地粘在任何着陆的物体上,除非我们已经准备好航天器来抵抗静电吸附。
这项研究不仅为未来的任务提供了清洁方案,也为建造太阳系中最棒的沙堡编织了梦想。它还有助于解释土卫六今天的样子。
这项研究可能有助于解释为什么在土卫六上观测到的沙丘结构不遵循与地球沙丘相同的规则:考虑到盛行风的假定方向,它们面朝错误的方向,而且它们似乎顽固地停留在原地。
当然,地球上的沙丘往往处于持续运动的状态。我们星球的沙子主要由二氧化硅构成,会被风吹动。有时沙粒的碰撞会产生电荷,但不足以让它们粘在一起。但研究人员认为,他们在假土卫六沙粒中观察到的静电力可以长时间保持,等待足够强的风来塑造它们。沙粒本身可以携带电荷数周或数月。
当该研究的作者在无聊的地球大气中使用无聊的地球沙子进行相同的实验时,沙粒仍然坚决不粘,并直接从管子里滑了出来。
“土卫六极端恶劣的物理环境迫使科学家们重新思考我们对地球颗粒动力学所学的知识,”杜费克说。“地貌受到我们不直观的力量的影响,因为这些力量在地球上并不那么重要。土卫六是一个奇特、带有静电粘附性的世界。”