太空任務“透鏡”:探索土衛六極低溫環境下的碳氫迴圈
更新于:2025-04-13 18:47:08

土衛六又稱“泰坦”,是土星最大的衛星,也是太陽系除了地球,唯一地表有大量液體的天體,甲烷和乙烷以液態及氣態參與地質與大氣之間的化學反應迴圈,與地球水迴圈十分類似。美國太空總局(NASA)噴射推進實驗室團隊,今年月球與行星科學會議提出全新任務構想:“透鏡”(LOOKING GLASS),旨在將土衛六當成地球“暗鏡”,深入探索碳氫迴圈、地質活動與潛在外星生命相關的化學研究。

土衛六的碳氫迴圈與地球水迴圈十分類似。“透鏡”任務提案發射環土衛六繞低軌道的探測器,近距離直接探測瞭解碳氫迴圈如何運行。(Source:NASA)

土衛六有濃厚大氣層與地表湖泊、地下海洋,地表下也可能有高壓冰層,形成複雜結構。大氣產生的複雜有機分子可能沉降至地下海洋,催化形成生命基礎物質的化學反應。然尚缺乏整體性框架集成動態化學過程,“透鏡”旨在填補缺口。

任務構想為設計繞行土衛六低軌道的探測器,配備三項主要科學儀器:

  1. 紅外線光譜儀:判別土衛六表面組成,區分水冰與碳氫化合物,探測冰火山活動及地表侵蝕地形。
  2. 合成孔徑雷達(SAR):提供高解析度地表形象,探測並解析地下碳氫儲層、風成沙丘與冰火山構造。
  3. 雷達測高儀:測量地表起伏與湖泊海拔、河道坡度及冰殼厚度,構建內部結構模型。

土衛六碳氫化合物湖泊集中在北極附近,可能是因季節性氣候變遷造成。最大湖泊是克拉肯海(Kraken Mare),面積比北美洲五大湖區所有湖泊總和還大。天文學家想瞭解更多湖泊數據,包括地表湖泊是否有與地下海洋相連的通道,讓湖泊與地下海洋物質相互交換。(Source:NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS)

此外,借X與Ka波段電波,保持與地球通信,重力測量儀可重力探測地下海洋厚度。

團隊希望能釐清下列問題:土衛六表面的碳氫化合物湖泊是否與地下海洋相互聯通?降水在湖泊的化學循環過程扮演何種角色?河流與沙丘的形成機制為何?冰火山活動是否為大氣甲烷的主要補充來源?平流層高度的冰晶雲,驅動變化的機制為何?此外,土衛六地下海洋的海底,是否如計算機類比推算有高壓冰層?

“透鏡”任務若完成,將對理解土衛六碳氫迴圈、大氣動力機制、有機化學過程與地質活動有重大突破,並可能啟發對地球碳氫化合物與生命起源的新思考方向。團隊認為:“這類最先端的研究任務或可解開太陽系最深邃的謎團之一,即碳氫化合物如何產生,甚至知道生命怎麼來。”

(首圖來源:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute, Public domain, via Wikimedia Commons)

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