土卫六泰坦的首张全球地图揭示了具有奇特转折的类地特征

没有水的雨。没有氧气的空气。没有土壤的山丘。
an infrared composite photo of titan
卡西尼号探测器十多年来一直在揭开泰坦的面纱。这里,它被近红外成像。NASA/JPL-Caltech/Univ. Arizona/Univ. Idaho
titan imaged in near-infrared
卡西尼号探测器十多年来一直在揭开泰坦的面纱。这里,它被近红外成像。NASA/JPL-Caltech/Univ. Arizona/Univ. Idaho

在宇航员能够徒步穿越泰坦平缓的山丘或滑下其巨大的沙丘之前,他们必须知道他们要去哪里。

研究人员通过绘制出这颗星球的冰原、扭曲的峡谷和起皱的海岸线的首张全球地图,在探索土星最大的卫星泰坦方面迈出了重要一步。这份具有开创性的图表于周一发表在《自然-天文学》上,将构成未来更详细地图的基础,这些地图将帮助科学家解读这颗卫星的过去并为其未来的探索做计划。

“地质测绘,”亚利桑那州立大学的行星科学家、参与制作该图的大卫·威廉姆斯说,“基本上是我们分析行星表面时用来试图了解它们历史的另一种工具。”

卡西尼号探测器于2004年抵达土星系统,首次让研究人员得以窥视泰坦浓厚的黄色云层(该卫星的大气层比地球的更厚,但几乎全是氮气和甲烷)。在接下来的13年里,该探测器在执行了100多次飞掠任务时,其穿透性雷达一遍又一遍地扫描这颗卫星,揭示了湖泊、河流和其他明显的液态地表迹象——这是除地球外,在其他任何星球上都是第一次。

威廉姆斯和他的同事们从雷达图像开始,卡西尼号通过云层发送无线电波,使其反射回泰坦表面,从而生成一张地图。这种方法覆盖了泰坦表面略少于一半的区域,以倾斜、交叉的条带显示,但具有精细的分辨率,团队可以利用它来识别这颗卫星的不同地貌类型,例如平原或沙丘。然后,他们将雷达数据与来自其他相机拍摄的可见光和红外光数据叠加,这些数据较模糊,但覆盖了整个星球,以便了解每种地貌在卡西尼号不同“眼睛”下的样子。最后,他们利用其他仪器提供的全球数据来推断雷达条带之间的陆地类型。“这张地图的重点是展示全球范围内的地表物质多样性,”威廉姆斯说。

地图揭示了一个由液体和风塑造的世界,尽管在零下近300华氏度(约零下184摄氏度)的温度下,泰坦表面没有水流。相反,液态甲烷和乙烷填充着泰坦的河流和湖泊,然后蒸发并再次降落,这是一种与地球水循环相似的异星过程。

尽管如此,这并不是说这颗卫星上没有H2O。恰恰相反,泰坦的表面在很大程度上就是H2O。“整个地壳,就像人们会行走的地方,构成地球大陆的东西,”威廉姆斯说,“在泰坦的情况下,将是水冰。”

Complete global map of titan
泰坦的完整全球地图。NASA/JPL-Caltech/ASU

该团队识别出了由冰冷地壳雕刻出的六种主要地貌类型:陨石坑、湖泊、平原、沙丘、丘陵(山丘)和迷宫(峡谷)。

这里那里有几个陨石坑点缀在表面。在北极附近是甲烷湖,深色的斑点被清晰的海岸线衬托出来。向南移动,探险者会遇到泰坦最常见的地貌:平原,覆盖着一层甲烷和乙烷基沙子的冰冷地壳的平坦区域,占据了该星球近三分之二的面积。赤道风将这些沙子堆积成数百英尺高的沙丘,绵延数百英里,环绕着该卫星的腰部,覆盖了其表面约五分之一的区域。

在平原和沙丘之间,散布着“丘陵”地区,高达几百英尺的山丘。由更湿润时期的甲烷溪流挖掘出的裂谷网络覆盖了南极的大部分地区——这表明随着泰坦围绕土星和土星围绕太阳的轨道随时间发生微小变化,泰坦经历了气候变化。

“在泰坦的地质历史中,”威廉姆斯说,“我们看到一个序列,液体在两极积聚,然后在赤道更占优势,如此反复。”

对该图表及未来类似图表的进一步研究,最终可能使研究人员能够按季节了解液体的运动。“最终,我们希望这样的地图能够帮助解释泰坦上的甲烷循环,”未参与此项研究的加州大学伯克利分校行星科学家伊姆克·德·佩特说。

更好的地图正在来的路上。尽管卡西尼号于2017年坠入土星大气层, abrupt地结束了其数据流,威廉姆斯表示,识别和命名主要地貌只是第一步。他和他的同事们已经更进一步,将陆地划分成更精细的类别,如亮平原和山脉,并绘制了更详细的地图。他们计划通过美国地质调查局公布,届时它将与其他外星星球(包括月球、火星、谷神星和灶神星)的地质地图一起展出。(冥王星和水星的地图也在制作中)。

虽然人类探险家可能还需要一段时间才能用到这些图表,但机器人侦察兵可能很快就会派上用场。美国宇航局正在开发一款名为“龙飞船”的探测器,它可以像飞机一样在泰坦上空导航,着陆到地表,然后再次起飞。该任务计划于2026年从地球出发,于2034年抵达该卫星,届时将寻找外星宜居性的迹象

“这张地图将有助于为该团队提供他们计划将无人机降落并进行探索的任何区域的地质单元性质的信息,”威廉姆斯说。

 

更多优惠、评测和购买指南

 

Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


© .