科学家探索土星卫星土卫六泰坦缺失三角洲的奥秘 _科学

这张合成图像显示了美国国家航空航天局卡西尼号航天器在2015年11月13日“T-114”飞越期间拍摄的土星卫星土卫六的红外视图。来源：美国国家航空航天局
据布朗大学（Kevin Stacey）：对于想要了解行星地质历史的科学家来说，河流三角洲是一个很好的起点。三角洲将大面积的沉积物聚集到一个地方，可以对其进行研究，以揭示气候和构造历史或过去生命的迹象。这就是为什么美国国家航空航天局将其最新的火星探测器送往杰泽罗陨石坑，那里有一个著名且保存完好的三角洲。
这就是为什么行星科学家也对在土星的卫星泰坦上寻找三角洲感兴趣。泰坦是太阳系中除地球外唯一一个表面有液体流动的行星体，因此它的三角洲可能是一个科学宝库。
一个问题是：一项新的研究发现，泰坦似乎基本上没有三角洲，尽管它有大量的液态甲烷和乙烷。
“作为一名地貌学家，这有点令人失望，因为三角洲应该保留泰坦的大部分历史，”领导这项工作的布朗大学地球、环境和行星科学系助理教授萨姆·伯奇说。
但三角洲的缺失引发了一系列新问题。
伯奇说：“我们理所当然地认为，如果你有河流和沉积物，你就会得到三角洲。” 。“但泰坦很奇怪。它是一个研究我们认为我们理解的过程的游乐场。”
泰坦是土星274颗已确认卫星中最大的一颗。其厚厚的氮气和甲烷大气层产生了许多类似地球的气候和天气特征。泰坦有云、风、雨，还有河流、湖泊和海洋。但土卫六的流体体不含水，而是含有甲烷和乙烷，在土卫六寒冷的表面温度下是液体。
2006年卡西尼号宇宙飞船飞过时，科学家们了解到了土卫六的液体。通过卡西尼号的合成孔径雷达（SAR）窥视土卫六厚厚的大气层，该航天器揭示了蜘蛛状的通道和与大型液体体一致的大面积平坦区域。
然而，卡西尼号的合成孔径雷达图像中大部分缺失的是三角洲，即使是在大河口。然而，目前尚不清楚三角洲是否真的不存在，或者它们是否只是没有出现在卡西尼号的合成孔径雷达数据中。这是Birch和他的同事们试图通过发表在《地球物理研究杂志：行星》上的这项新研究来回答的问题。

卡西尼号雷达看到的地球。为了了解卡西尼号雷达可以看到土卫六上的哪些地貌，研究人员通过卡西尼号的视角观察了著名的地球地貌。下图是卡西尼号看到的美国墨西哥湾沿岸的样子。来源：伯奇实验室/布朗大学
卡西尼号合成孔径雷达数据的问题在于，浅层液态甲烷在任何图像中都是透明的。因此，虽然SAR图像可以看到广阔的海洋和河道，但很难自信地分辨出海岸特征，因为很难看到海岸的尽头和海底的起点。
在这项研究中，Birch开发了一个数值模型来模拟卡西尼号的合成孔径雷达在观察科学家们非常了解的景观时会看到什么：地球。在该模型中，地球河流和海洋中的水被泰坦的甲烷液体所取代，与水相比，甲烷液体具有不同的雷达吸收特性。
Birch说：“我们基本上制作了地球的合成SAR图像，这些图像假设了泰坦液体的特性，而不是地球的特性。” 。“一旦我们看到我们非常熟悉的景观的SAR图像，我们就可以回到泰坦，更好地了解我们正在看到的东西。”
研究发现，地球的合成SAR图像清楚地分辨出了大型三角洲和许多其他大型沿海景观。
伯奇说：“如果密西西比河口有三角洲那么大，我们应该能看到它。” 。“如果美国墨西哥湾沿岸有大型堰洲岛和类似的沿海景观，我们应该能够看到这些。”
但当Birch和他的同事根据他们的新分析梳理泰坦图像时，他们发现大部分都是空的。除了土卫六南极附近的两个可能的三角洲外，月球上的其他河流完全没有三角洲。研究人员发现，在泰坦上，终止于海岸线的大河中，只有约1.3%有三角洲。相比之下，在地球上，几乎每一条大小相似的河流都有一个三角洲。
伯奇说，目前还不完全清楚为什么泰坦通常缺乏三角洲。泰坦河流的流体特性应该使它们完全有能力携带和沉积沉积物。研究人员说，这可能是因为泰坦上的海平面上升和下降得如此之快，以至于三角洲在整个景观中的分布速度比在一个地方建立起来的速度更快。泰坦海岸的风和潮流也可能在阻止三角洲形成方面发挥同样重要的作用。
缺失的三角洲并不是这项新研究提出的唯一谜团。对土卫六海岸卡西尼SAR数据的新分析揭示了湖泊和海洋深处未知来源的坑。这项研究还发现，海底的深沟似乎是由河流雕刻而成的，但尚不清楚它们是如何到达那里的。
伯奇说，所有这些惊喜都需要更多的研究才能完全理解。
伯奇说：“这真的不是我们所期望的。” 。“但泰坦经常这样对我们。我认为这就是为什么它是一个如此吸引人的学习场所。”