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泰坦星的甲烷有保质期,几千万年后那些河可能就没了

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卡西尼号的雷达第一次穿透泰坦星,也就是土卫六的橘色浓雾时,屏幕上出现了河道。有支流,有汇口,有入海的三角洲。太阳系里除了地球,只有这一个地方,人类能指着一张照片说:那是一条河。

卡西尼绕了土星十三年,把这套水文系统拍得很细:有河,有湖,有季节性的雨,看着跟地球一样是常年运转的。

它不是常年运转的。河里流的是零下 179 度的液态甲烷,而按同一批数据算出来的光解速率,大气里的甲烷几千万年就会被太阳拆光。


一、四十五亿岁的星球,配了一套几千万年的天气

泰坦星的大气九成半是氮气,剩下的大头是甲烷。近地表那一层,甲烷占百分之五左右。这层大气比地球的还厚实,地表气压是地球的一倍半。

甲烷在这个温度下能蒸发也能降雨,泰坦星整套水文循环就是靠它跑起来的。一颗星球有没有天气,在这里取决于那几个百分点。

麻烦出在阳光上。太阳紫外线打进高层大气,把甲烷分子拆开。拆开之后不复原——碎片重新拼成乙烷、乙炔和更重的有机物,比甲烷重,往下沉;剩下的氢太轻,直接逃进太空。

泰坦星头顶那层橘色的雾,就是这些碎片。它不是云,是常年悬在大气里的有机颗粒,挡着阳光,同时慢慢往地面落。

落了几十亿年,赤道一带堆出了成片的沙丘,覆盖大约两成的表面。按主流解释,那些沙的原料就是从天上落下来的有机颗粒。

按卡西尼和地面望远镜测出的光解速率,大气里现存的甲烷,几千万年就能耗完。

泰坦星四十五亿岁。

二、拆下来的东西,本该堆成一片海

要是这个过程从一开始就在跑,四十五亿年攒下的产物应该相当可观。早年的模型算出来,泰坦星表面该有一层几百米深的液态乙烷,全球性的,把整颗星球裹起来。

卡西尼去了以后,这个预测被否掉了。雷达测到的液体集中在北极那几片湖海,南极零星几个。

北极最大的一片叫克拉肯海,面积约四十万平方公里,比地球上的里海还大。听着不小,可把泰坦星上所有液体加起来摊到整颗星球上,连一米厚都不到。


2005 年惠更斯探测器落在泰坦星赤道附近。落点是一片布满圆润卵石的平地,形态像干涸的河床,卵石被搬运和磨圆过。探头戳进地表几厘米,质地接近湿沙;探测器着陆后加热地面,仪器测到甲烷从土里渗了出来。

那地方近期见过液体,可地表是干的。泰坦星的雨很少下,按现有模型,赤道一带隔上很久才来一场。

不管是固体产物还是液体,量都比四十五亿年该有的少得多。今天这套河湖天气,不是泰坦星一直的样子。

三、补给源到今天还没找到

甲烷撑不了四十五亿年,可它现在就在那儿。所以得有东西在往大气里补。补的是什么,目前没有定论。

一种主流推测是地下埋着甲烷储库,靠冰火山往上送。卡西尼在南半球拍到过 Sotra Patera 一带的地貌,有穹丘、有塌陷坑、有像流出物的堆积体。

那片穹丘比周围高出一千多米,紧挨着的凹陷深度也差不多,看着像有东西从底下被送上来过。但没有任何一次喷发被拍到。

另一种推测是甲烷被锁在冰里,以笼形水合物的形式压在地壳下面,随内部热量变化一批批释放出来。


按内部结构模型,泰坦星岩核里放射性元素的衰变仍在供热。这点热量够不够驱动一轮轮释放,目前算不清楚。

两种都说得通,两种都没有直接证据。眼下能确定的只有一件事:这颗星球的甲烷账本对不平。

四、我们看到的,可能只是其中一段

甲烷一旦供不上,按现有的大气模型,先变的是温度。泰坦星本就微弱的温室效应有甲烷的一份,它一少,地表会更冷。天上那层橘色的雾也会跟着淡下去——雾的原料就是甲烷碎片,原料停了,雾就散了。

一颗天空终于变清的泰坦星,听上去比现在好看。到那时候,河可能已经没有了。

NASA 的蜻蜓号计划 2028 年发射,2034 年抵达,会在泰坦星表面来回飞几十公里,逐点去测那些落下来的有机物,看它们在曾经有过液态水的地方留下了什么。它到的时候,河还在。

我们判断一颗星球是什么样,靠的是自己在场的这几十年。泰坦星四十五亿年的账里,人类翻开的是随手抽到的那一页——上面正好有河。

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