1月14日,一個重達320公斤的碟形探測器發出了響徹太陽系的“砰”的一聲。惠更斯探測器在土星巨大而神秘的衛星泰坦上成功著陸,令行星科學家欣喜若狂,他們對探測器傳回的冰脊和黑暗的河流狀溝渠影像感到興奮不已。然而,在接下來的幾周裡,隨著研究人員努力解讀探測器收集的資料,這種欣快感變成了撓頭苦思。雖然這次為時四小時的任務首次近距離觀察了泰坦的表面和大氣層,但惠更斯號提出的問題至少和它解答的問題一樣多。
儘管這顆衛星異常寒冷——其表面溫度為零下180攝氏度——但泰坦在許多方面與地球相似。與我們的星球一樣,泰坦擁有主要由氮氣組成的濃厚大氣層。另一種重要成分是甲烷,甲烷在低溫下會凝結,並且似乎在泰坦上發揮著與水在地球上相同的氣象作用。科學家們長期以來一直推測泰坦可能存在甲烷雲和液態烴湖泊或海洋。為了驗證這一假設,歐洲航天局建造了惠更斯探測器,該探測器與NASA的卡西尼軌道飛行器相連,在前往土星的旅程中度過了七年。當它們接近泰坦時,這兩個航天器分離,卡西尼號在探測器透過衛星的霧霾層降落傘下降後,將惠更斯號的資料中繼回地球,霧霾層阻礙了之前觀測表面的嘗試。
該任務的首批驚喜之一是,這種霧霾層向下延伸得如此之遠。泰坦的主要霧霾層至少有200公里厚;直到惠更斯號離地面不到20公里時,探測器才清晰地看到了表面。在同一高度,機載氣體色譜儀和質譜儀檢測到大氣中甲烷含量的突然躍升。這些發現共同表明存在甲烷雲,液滴可能圍繞霧霾顆粒凝結。(據信,這些碳氫化合物固體來自太陽紫外線輻射導致泰坦高層大氣中甲烷的分解。)
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來自惠更斯號拍攝的表面影像也證明了甲烷降雨的存在,影像顯示,彎曲的、分支的溝渠從相對明亮的高地延伸到焦油狀平原。亮度對比表明,降水可能已將深色碳氫化合物沉積物從冰冷的高地衝刷到溝渠中。但一些溝渠又短又粗,這讓科學家們推測,液態甲烷也可能從地下泉水中流出。
然而,探測器的著陸為泰坦上存在液態甲烷提供了最有力的跡象。當惠更斯號以每秒五米的速度撞擊表面時,一種稱為穿透儀的裝置——本質上是航天器底部的一個彈簧載入杆——測量了撞擊力,發現地面的阻力就像帶有脆皮的溼沙。著陸三分鐘後,惠更斯號檢測到甲烷丰度上升了30%;探測器儀器的熱量顯然蒸發了泰坦土壤頂部幾釐米的液態烴。
研究人員將在未來幾個月內分析資料並制定理論來解釋觀測結果。“泰坦不負我們的期望,”卡西尼-惠更斯團隊的亞利桑那大學科學家喬納森·I·盧寧說。“它和我們希望的一樣有趣。”夏威夷大學天文研究所的大氣科學家託拜厄斯·C·歐文警告說,理論家必須謹慎對待從單個著陸點得出的結果進行概括;例如,可能無法估計泰坦上甲烷降雨的頻率或表面液態甲烷的總量。但卡西尼軌道飛行器在二月份飛掠著陸點附近掃描泰坦表面的持續觀測,可能有助於研究人員理解惠更斯號的非凡發現。