卡西尼号揭示土卫六碳氢化合物海洋的表面特性

2004 年至 2017 年，宇航局的卡西尼号航天器对土星的卫星土卫六进行了探索。虽然卡西尼号揭示了很多关于这个类似地球的世界的信息，但它的雷达观测只能提供有关土卫六液态碳氢化合物海洋 Kraken、Ligeia 和 Punga Mare 的有限信息。在《自然通讯》杂志的一篇新论文中，康奈尔大学研究员 Valerio Poggiali 及其同事报告了对土卫六极地海洋的卡西尼号雷达实验数据的分析结果。

波吉亚利博士及其合著者表示：“2004 年至 2017 年，卡西尼号航天器探索了土星最大的卫星土卫六，发现了一个类似地球的世界，其表面形态多样、奇怪但又非常熟悉，是由以甲烷为基础的水文系统塑造的，并在浓密的氮气大气中运行。”

“低层大气中的风吹动沉积物，将它们塑造成环绕土卫六赤道纬度的巨大沙丘场。”

“在中纬度地区，平坦且相对平淡的平原标志着以风成为主的赤道和以湖泊为主的两极之间的过渡。”

“在极地地区，大型海洋和液态碳氢化合物小湖占据了主要地形。”

“降水流入海洋，形成河口，有时形成三角洲，以及其他常见的沿海沉积物。”

“虽然卡西尼号已经揭示了许多有关土卫六的信息，但这些发现引发了更多问题。”

在这项研究中，科学家使用了四次双基地雷达观测数据，这些观测数据是由卡西尼号在 2014 年(5 月 17 日、6 月 18 日、10 月 24 日)和 2016 年(11 月 14 日)四次飞行期间收集的。

当航天器接近土卫六最近点(进入)时，以及远离土卫六时(离开)，都观察到了表面反射。

作者分析了土卫六三大极地海洋(克拉肯海、丽姬亚海和蓬加海)的出口观测数据。

他们解释说：“双基地雷达实验包括将航天器发出的无线电波束瞄准目标(在本例中是土卫六)，然后反射到地球上的接收天线。”

“这种表面反射是极化的——这意味着它提供从两个独立的角度收集的信息，而不是单基地雷达数据提供的信息，其中反射信号返回到航天器。”

“主要的区别在于双基地信息是一个更完整的数据集，并且对反射表面的成分和粗糙度都很敏感。”

研究小组发现，碳氢化合物海表层的成分存在差异，取决于纬度和位置(例如靠近河流和河口)。

具体来说，克拉肯海的最南端显示出最高的介电常数——衡量材料反射无线电信号能力的标准。

例如，地球上的水反射性很强，介电常数约为 80;土卫六上的乙烷和甲烷海洋的介电常数约为 1.7。

研究人员还确定，飞行时这三个海域都基本平静，表面波浪不超过 3.3 毫米。

在沿海地区、河口和盆地间海峡附近检测到的粗糙度略高，高达 5.2 毫米，这可能是潮汐流的迹象。

“我们还发现迹象表明，流入海洋的河流中含有纯甲烷，直到它们流入开放的液态海洋，而液态海洋中的乙烷含量更高，”波吉亚利博士说。

“就像在地球上一样，淡水河流流入并与海洋的咸水混合。”

康奈尔大学的菲利普·尼科尔森教授说：“这与土卫六的气象模型非常吻合，该模型预测从土卫六天空降落的‘雨’很可能几乎完全由甲烷组成，但含有微量的乙烷和其他碳氢化合物。”

“卡西尼号对土卫六进行 13 年探测期间产生的数据正在被进一步研究。”

“还有大量的数据等待我们进行全面分析，以便获得更多发现。这只是第一步。”