解密土卫六的碳氢海洋：卡西尼号雷达对土星最大卫星的最新探索

康奈尔大学的研究人员利用卡西尼号飞越土卫六的双向雷达数据分析了土卫六碳氢海洋的表面特性。研究确定了表面粗糙度和成分的变化，表明有多种地质和气象过程在起作用。对卡西尼-惠更斯号土星任务的雷达实验数据进行的一项新研究，对土卫六（土星146颗已知卫星中最大的一颗）北极附近液态碳氢化合物海洋的构成和活动产生了新的认识。

这张合成图显示了美国宇航局卡西尼号航天器拍摄的土星卫星土卫六的红外景象，这是在2015年11月13日的"T-114"飞越任务中获取的。利用卡西尼号的雷达数据对土卫六的海洋进行的新研究显示，土卫六的表面成分各不相同，粗糙度也略有差异，凸显了土星卫星上复杂的环境相互作用。资料来源：美国国家航空航天局

康奈尔大学领导的研究小组利用几次双静态雷达实验的数据，分别分析和估计了土卫六海面的成分和粗糙度，这是以前对单静态雷达数据进行分析所无法实现的。这将有助于为今后利用卡西尼数据对土卫六海洋的性质进行综合研究铺平道路。

康奈尔大学副研究员 Valerio Poggiali 是《卡西尼飞行任务双向雷达实验揭示的土卫六海域表面特性》一文的主要作者，该文于 7 月 16 日发表在《自然-通讯》上。

艺术家描绘的美国国家航空航天局的卡西尼号在 2017 年"压轴大戏"中的情景，在这场大戏中，卡西尼号在土星和土星环之间俯冲了多次，然后故意撞进了土星的大气层。图片来源：NASA/JPL-Caltech

双静态雷达实验包括将航天器发出的无线电波束瞄准目标（在本例中为土卫六），然后反射到地球上的接收天线。这种表面反射是偏振的--这意味着它提供了从两个独立角度收集到的信息，而不是单静态雷达数据提供的信息，在单静态雷达数据中，反射信号返回航天器。

Poggiali 说："主要区别在于，双稳态信息是一个更完整的数据集，对反射表面的成分及其粗糙度都很敏感。"

目前的工作使用了卡西尼号在 2014 年 5 月 17 日、6 月 18 日、10 月 24 日和 2016 年 11 月 14 日四次飞越期间收集的四次双稳态雷达观测数据。每一次都是在航天器接近土卫六时（进入）和离开时（离开）观测表面反射。研究小组分析了土卫六三个大型极地海洋的出舱观测数据：克拉肯海区、莱姬亚海区和彭加海区。

美国国家航空航天局卡西尼号宇宙飞船获得的数据显示，Ligeia Mare 是土星卫星土卫六上已知的第二大液体体。它充满了液态碳氢化合物，如乙烷和甲烷，是土卫六北极地区众多海洋和湖泊中的一个。图片来源：NASA/JPL-CaltechNASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

他们的分析发现，碳氢化合物海表层的成分因纬度和位置（如河流和河口附近）而异。具体来说，克拉肯海最南端的部分显示出最高的介电常数--这是一种衡量物质反射无线电信号能力的指标。例如，地球上的水具有很强的反射能力，介电常数约为 80；而土卫六的乙烷和甲烷海的介电常数约为 1.7。

研究人员还确定，在进行飞越观测时，这三个海域大多风平浪静，表面波浪不超过 3.3 毫米。在沿海地区、河口和跨流域海峡附近检测到的粗糙度略高，最高达 5.2 毫米，这可能是潮汐流的迹象。

这里可以看到比水星还大的巨大卫星土卫六在围绕土星运行。土卫六下方是土星环投射的阴影。这幅自然彩色图片是由美国宇航局卡西尼号太空船于 2012 年 5 月 6 日拍摄的六幅图像合成的。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院/空间科学研究所

Poggiali说："还有迹象表明，注入海洋的河流是纯甲烷的，直到它们流入开阔的液态海洋，那里才富含乙烷。这就像在地球上，淡水河流流入海洋咸水并与之混合一样。"

"这与土卫六的气象模型非常吻合，"合著者、天文学教授菲利普-尼科尔森说，"据预测，从土卫六天空降下的'雨'可能几乎是纯甲烷，但也有微量的乙烷和其他碳氢化合物。"

Poggiali说，卡西尼号在对土卫六进行长达13年的研究过程中获得了大量数据，更多的研究工作正在进行中。还有大量的数据等待着我们去全面分析，以便有更多的发现，这只是第一步。

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.1038/s41467-024-49837-2