太阳系内与我们地球格外相似的土卫六（泰坦）上发现了季节变化和云层以及甲烷雨！

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在太阳系众多天体中，土星最大的卫星——土卫六（泰坦）以其独特的类地特征引起了科学家的极大兴趣。它是已知唯一一个拥有浓厚大气层和稳定液态湖泊的卫星，其天气系统与地球类似，但主要由甲烷和乙烷构成。

2011 年 12 月，卡西尼号轨道飞行器拍摄的土卫六照片。厚厚的有机雾霾永久遮蔽了土卫六的表面，使其无法在可见光下观测。

泰坦上的天气系统：甲烷雨与云对流

2022年11月和2023年7月，科学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和地面上的凯克二号望远镜，对土卫六进行了观测。他们首次在土卫六北半球探测到云对流现象。这些云层出现在土卫六的湖泊和海洋上方，表明甲烷蒸发后在大气中凝结形成云层，并可能导致甲烷雨的降落。

这是一张由两行三列组成的六格图，展示了土星卫星土卫六的红外图像。上面一行标有“韦伯，2023 年 7 月 11 日”，下面一行标有“凯克，2023 年 7 月 14 日”。最左边的图片标有“大气和表面”。它们展示了一个棕黄色斑驳的球体，带有朦胧的蓝色边缘。在顶部，韦伯图像中有一个白点，在凯克图像中比较暗淡，而这个白点更亮，并且有一个箭头指向它。中间一列标有“对流层”，展示了一个深橙色的球体，边缘更亮。唯一的特征是顶部和底部附近的亮点。顶部的斑点在韦伯图像中比较暗淡，在凯克图像中比较亮，并且有一个箭头指向它。最右边的图片标有“平流层”，也展示了一个深橙色的球体，边缘更亮。韦伯的顶部图像除此之外没有任何特征。下图是凯克望远镜三天后拍摄的图像，顶部和底部附近有亮点。顶部亮点处有一个箭头指向它。

值得注意的是，土卫六的对流层延伸至约45公里高，远高于地球的12公里，这使得其大气层具有更大的垂直结构。随着季节的变化，土卫六的气候系统也会发生相应的变化，影响其云层和降雨模式。

韦伯证实土卫六气候模型存在季节变化

这个全球环流模型模拟了土卫六一年的天气状况，描绘了土星年（约29.5个地球年）内气流、甲烷云量和阳光的季节性变化。从春分开始，随着土卫六的湖泊区进入夏季，北半球的太阳光照逐渐增强。甲烷从堪比北美五大湖的碳氢化合物海洋中蒸发，并上升到大气层，在北半球中纬度地区经向（南北）气流的推动下向上移动。随着上升的甲烷冷却，它凝结成大片雨云。2022年，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜首次观测到土卫六北半球的这些云层，证实了该模型的假设。

视频说明：这个全球环流模型展示了整整一年——土星绕土卫六运行的完整轨道——的景象。在视频的开头，我们看到北半球夏季湿度的积累，这表明了大气中云层的形成。到了年末，也就是北半球冬季，我们看到湿度在北极上空的高空聚集。

北半球夏季过后，阳光向南移动，经向气流方向逆转，导致北半球中纬度地区的冷空气下沉。随着秋季转入冬季，极地高空云层笼罩北部地区，遮挡了人们的视线。模拟结束时，阳光再次向北移动，迎来新的春分——土卫六完成了一个完整的季节循环。

泰坦上的大气化学：甲基自由基的首次探测

韦伯望远镜还首次在土卫六的大气中检测到甲基自由基（CH₃），这是甲烷分解过程中形成的重要中间产物。这一发现为研究土卫六复杂的大气化学反应提供了新的视角，有助于理解其有机化学过程和潜在的生命起源条件。
在土卫六的高层大气中，甲烷分子在阳光或来自土星磁层的高能电子作用下被分解，形成甲基自由基等中间产物。这些中间产物进一步反应生成乙烷等更复杂的碳氢化合物，最终以液态形式降落到土卫六表面，形成湖泊和海洋。

土卫六高层大气中蒸发的甲烷分子被辐射分解的情景。产生的甲基自由基不稳定，会迅速重新结合形成更重的碳氢化合物乙烷。乙烷随后凝结成液滴，并以雨的形式从土卫六的大气中飘散，补充其表面的湖泊和海洋。在这个过程中，每个蒸发的甲烷分子都会向太空中损失一个氢原子，从而永久性地将甲烷从土卫六的气候中移除。如果失去的甲烷得不到土卫六内部的补充，那么土卫六的河流湖泊、雨云，甚至有机雾霾都可能在遥远的未来消失。

泰坦上的甲烷循环与未来展望

土卫六的大气中甲烷含量的维持是一个长期关注的问题。由于甲烷在高层大气中被分解，其含量会逐渐减少。科学家提出，土卫六表面可能存在富含甲烷的冰层（甲烷-水合物），在陨石撞击等事件中释放甲烷，补充大气中的甲烷含量。
然而，研究表明，这种补充机制的效率可能不足以完全抵消甲烷的损失。如果没有其他有效的补充机制，土卫六的大气中甲烷含量将逐渐减少，最终可能导致其气候系统发生重大变化。

未来任务：探索土卫六的奥秘

为了更深入地了解土卫六的环境和潜在的生命迹象，NASA计划于2028年发射“蜻蜓号”（Dragonfly）任务，预计于2034年抵达土卫六。该任务将部署一架多旋翼飞行器，在土卫六表面多个地点进行采样和分析，研究其有机化学过程和潜在的生命迹象。 卫报+2维基百科+2WIRED+2

“蜻蜓”是美国宇航局计划的一项任务，旨在将一架机器人旋翼机送往土星最大的卫星——土卫六的表面。该任务计划于2028年7月发射，并于2034年抵达。它将成为土卫六上的第一架飞行器，并计划在任何卫星上进行首次动力和全控大气飞行，目的是研究生命起源前的化学反应和地外宜居性。之后，它将利用其垂直起降（ VTOL）能力在探测地点之间移动。此图为任务概念图。

此外，欧洲航天局（ESA）也提出了“土卫六-土卫二探测器”（E²T）任务，旨在研究土卫六和土卫二的演化和宜居性。这些未来任务将为我们揭示土卫六的更多奥秘，推动对生命起源和演化的理解。

土卫六以其独特的类地特征和复杂的气候系统，成为科学家探索生命起源和演化的重要目标。未来的探测任务将进一步揭示这一神秘世界的奥秘，拓展我们对太阳系乃至宇宙中生命存在可能性的认识。
本文来源以下综合报道：

• NASA's James Webb Space Telescope captures images of unusual cloud formation of Saturn's biggest moon, Titan
  
• Webb's Titan Forecast: Partly Cloudy With Occasional Methane Showers
  
• Webb, Keck observe Titan; find clouds and carbon molecule in atmosphere
  
• Astronomers Detect Cloud Convection Near Titan's Lakes
  
• Titan forecast: partly cloudy with a chance of methane showers - ESA
  
• Webb Spies Rain Clouds, New Molecule on Titan
  
• Webb Confirms Seasonal Variations in Titan Climate Model
  

kingfirefly

土卫六的研究太酷了，期待蜻蜓号带来更多惊喜

922b3eb6

土卫六甲烷不够了咋办？

ycp123

我曾经看过关于土卫六的纪录片，那时候就觉得它像另一个神秘的地球

weili0677

土卫六：甲烷版的地球，未来版的外卖星球？

华语天空

莫说面对浩瀚星空，就是面对一个太阳系，地球都是那么渺然，何况人类呢。所以呢人类与地球，都一样的是命运共同体！应该凝聚所有的智慧和力量共同的向外发展呐！

superjiaming

甲烷是可燃烧气体，假如土卫六有雷电是否可能使甲烷产生燃爆？

weili0677

恐怕土卫六就是下一个小生命球了

xuye004

地球内部的石油和煤炭，很可能就是远古时代的甲烷、乙烷等有机物在高温高压下形成的

mulunbo

在这放一把火会怎样？