土卫六又称“泰坦”,是土星最大的卫星,也是太阳系除了地球,唯一地表有大量液体的天体,甲烷和乙烷以液态及气态参与地质与大气之间的化学反应循环,与地球水循环十分类似。美国太空总局(NASA)喷射推进实验室团队,今年月球与行星科学会议提出全新任务构想:“透镜”(LOOKING GLASS),旨在将土卫六当成地球“暗镜”,深入探索碳氢循环、地质活动与潜在外星生命相关的化学研究。
土卫六的碳氢循环与地球水循环十分类似。“透镜”任务提案发射环土卫六绕低轨道的探测器,近距离直接探测了解碳氢循环如何运行。(Source:NASA)
土卫六有浓厚大气层与地表湖泊、地下海洋,地表下也可能有高压冰层,形成复杂结构。大气产生的复杂有机分子可能沉降至地下海洋,催化形成生命基础物质的化学反应。然尚缺乏整体性框架集成动态化学过程,“透镜”旨在填补缺口。
任务构想为设计绕行土卫六低轨道的探测器,配备三项主要科学仪器:
- 红外线光谱仪:判别土卫六表面组成,区分水冰与碳氢化合物,探测冰火山活动及地表侵蚀地形。
- 合成孔径雷达(SAR):提供高分辨率地表形象,探测并解析地下碳氢储层、风成沙丘与冰火山构造。
- 雷达测高仪:测量地表起伏与湖泊海拔、河道坡度及冰壳厚度,构建内部结构模型。
土卫六碳氢化合物湖泊集中在北极附近,可能是因季节性气候变迁造成。最大湖泊是克拉肯海(Kraken Mare),面积比北美洲五大湖区所有湖泊总和还大。天文学家想了解更多湖泊数据,包括地表湖泊是否有与地下海洋相连的信道,让湖泊与地下海洋物质相互交换。(Source:NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS)
此外,借X与Ka波段电波,保持与地球通信,重力测量仪可重力探测地下海洋厚度。
团队希望能厘清下列问题:土卫六表面的碳氢化合物湖泊是否与地下海洋相互联通?降水在湖泊的化学循环过程扮演何种角色?河流与沙丘的形成机制为何?冰火山活动是否为大气甲烷的主要补充来源?平流层高度的冰晶云,驱动变化的机制为何?此外,土卫六地下海洋的海底,是否如计算机模拟推算有高压冰层?
“透镜”任务若完成,将对理解土卫六碳氢循环、大气动力机制、有机化学过程与地质活动有重大突破,并可能启发对地球碳氢化合物与生命起源的新思考方向。团队认为:“这类最先端的研究任务或可解开太阳系最深邃的谜团之一,即碳氢化合物如何产生,甚至知道生命怎么来。”
(首图来源:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute, Public domain, via Wikimedia Commons)