风吹砂正在改变泰坦的表面

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This image taken with the Cassini radar instrument shows two craters on Titan: the crater Sinlap (left), which is a relatively ‘fresh’ crater, with a depth-to-diameter ratio close to what we see on Ganymede, and Soi (right), an extremely degraded crater, with a very small depth compared to similar craters on Ganymede. These craters are both about 80 km (almost 50 miles) in diameter. The Sinlap image was taken on Feburary 15, 2005. The Soi image is a mosaic of two images from May 21, 2009 and July 22, 2006. Credit: Catherine Neish/NASA/JPL-Caltech/ASI/GSFC

数据来自美国国家航空航天局卡西尼号宇宙飞船让科学家们首次对土卫六上的天气对其表面的影响进行了定量估计,发现土卫六上的环形山比同等大小的环形山平均要浅几百米木星月亮伽倪墨得斯。

泰坦的兄弟姐妹们一定很嫉妒。虽然大多数的土星卫星展示他们的古代面孔嬉戏,泰坦 - 土星最大的月亮,可能看起来比它真正年轻,因为它的陨石坑被抹去了。根据新的研究使用来自美国航空航天局的Cassini SpaceCraft的观测,根据新的研究,令人满意的异国情调,碳氢化合物砂慢慢地填充它的陨石坑。

大多数土星卫星——土卫六的兄弟卫星——表面上都有成千上万的陨石坑。到目前为止,在土卫六上,我们以高分辨率观测到的50%的表面中,我们只发现了大约60个陨石坑,”美国宇航局戈达德太空飞行中心的卡西尼雷达小组的同事凯瑟琳·奈什说。“土卫六上可能有更多的陨石坑,但从太空中看不到,因为它们被侵蚀得太厉害了。我们通常通过计算陨石坑的数量来估算行星表面的年龄(陨石坑越多意味着行星表面越古老)。但如果河流侵蚀或漂流沙丘等过程将它们填满,那么表面可能比表面出现的时间要久远得多。”

“这项研究是首次对土卫六上的天气对其表面影响程度的定量估计,”Neish补充道。

土卫六是太阳系中唯一一颗拥有厚厚的大气层的卫星,也是除地球外唯一已知的表面有湖泊和海洋的星球。然而,它的表面温度在零下290度左右华氏温度(94开尔文),从土卫六天空落下的雨不是水,而是液态甲烷和乙烷,这两种化合物通常是地球上的气体。

通过将陨石坑与Jupiter的月球腺体上的陨石坑进行比较来说,据说是探索的。Ganymede是一个巨大的月亮,带有水冰块,类似于泰坦,所以两个卫星上的陨石坑应该有相似的形状。然而,Ganymede几乎没有氛围,因此没有风或雨来侵蚀其表面。

“我们发现土卫六上的环形山比木卫三上相同大小的环形山平均要浅几百码(米),这表明土卫六上有某种进程填满了环形山,”Neish说,他是一篇关于这个问题的论文的主要作者这项研究在线发表在《伊卡洛斯》杂志上

该研究小组利用了木卫三上陨石坑的平均深度与直径的趋势,该趋势来源于美国宇航局伽利略号飞船的立体图像。土卫六上的陨石坑也出现了同样的趋势,根据卡西尼号雷达设备拍摄的图像数据估算出陨石坑的深度。

泰坦的氛围大多是氮气,痕量的甲烷和其他更复杂的氢和碳(碳氢化合物)。泰坦甲烷的来源仍然是一个谜,因为大气中的甲烷在阳光下分解在相对较短的时间里。然后将甲烷分子的片段重新组合在高层大气中的更复杂的烃,形成厚的橙色烟雾,从视图中隐藏表面。一些较大的颗粒最终雨落到了表面上,在那里它们似乎在一起形成砂。

“既然这些沙子似乎是由大气中的甲烷产生的,那么土卫六的大气中一定有甲烷存在了至少几亿年,才能填满我们现在看到的火山口,”奈什说。然而,研究人员估计土卫六目前的甲烷供应应该会在数千万年之内被阳光分解,所以土卫六要么过去有更多的甲烷,要么正在以某种方式补充。

研究小组成员说,可能还有其他过程填满了土卫六上的环形山:例如,液体甲烷和乙烷流动造成的侵蚀。然而,这种风化作用一开始会很快填满火山口,然后随着火山口边缘的磨损,变得不那么陡峭,填满的速度就会变慢。如果液体侵蚀是填塞的主要原因,那么研究小组预计土卫六上会有很多部分填塞的陨石坑。“然而,事实并非如此,”内什说。“相反,我们看到各个阶段的陨石坑;有些刚开始填满,有些已经填了一半,还有一些几乎已经填满了。这表明了一个类似风沙的过程,它以稳定的速度填满陨石坑和其他特征。”

所有固体材料在应力下随时间流动非常缓慢。这就是所谓的粘性流动,就像有人从一桶鲜奶油中舀出一勺奶油一样,这种物质慢慢地流进洞里,把洞填满,让表面变平。随着时间的推移,冰层覆盖的卫星上的环形山会变得越来越浅,所以土卫六上的一些浅环形山可能只是年代久远,或者与本研究中研究的木卫三上相同大小的新环形山相比,经历了更高的热流。

然而,土卫六的地壳大部分是水冰,而且在土卫六上的温度极低的情况下,冰不应该流动到足以说明与木卫三陨石坑相比,深度差异如此之大。同样,就像河流侵蚀一样,粘性流的变形一开始会发生得很快,但随着物质的调整,变形会变慢,所以如果土卫六的表面很容易因为粘性流而变形,那么土卫六上就会有很多部分被填满的陨石坑。

卡西尼号在对土星及其卫星的多年旅行中飞过土卫六时,雷达仪器逐渐绘制出土卫六表面的地图。到目前为止,该仪器已经提供了覆盖土卫六大约50%表面的条带数据。该小组测量到的陨石坑都在离赤道30度的范围内,这是土卫六上相对干燥的区域。

“然而,表面和近地下表面上的液体的存在也可能对陨石坑形状进行了大量的修改,如地球上所观察到的,”据说。“在泰坦的情况下,液体由烃组成,如湿沉积物(如在霍谷着陆站点观察到的那些)或浅海环境(例如在北部和南极观察到的湖泊)。在地球上类似环境中形成的陨石坑缺乏任何重要的表面形貌,包括没有凸起的边缘,因为湿沉积物坍塌到火山口中。缺乏与海洋目标影响相关的地形可能有助于解释泰坦极杆附近观察到的冲击陨石坑的相对稀缺。如果泰坦的极地区域用液态烃饱和,则在这些区域中形成的陨石坑可能缺乏任何可识别的地形表达。“

研究小组认为这些考虑都是不错的领域进行更多的研究,但到目前为止,基于数据的差异之间的深度陨石坑泰坦和伽倪墨得斯是最好的解释填从风沙,虽然从液体侵蚀和粘性流可能导致修改泰坦的陨石坑。

NASA的“卡西尼号”任务,由NASA的喷气推进实验室(喷气推进实验室该研究由橡树岭联合大学管理的美国国家航空航天局博士后计划资助。

Cassini-Huygens Mission是美国宇航局,欧洲航天局和阿西·意大利空间机构的合作项目。JPL是帕萨迪纳加州理工学院的司司长,管理华盛顿州NASA科学任务局的任务。Cassini Orbiter设计,开发和组装在JPL。雷达仪表由JPL和意大利空间机构建造,与来自美国和几个欧洲国家的团队成员合作。

图片:Catherine Neish / NASA / JPL-CALTECH / ASI / GSFC

1条评论在“风吹砂正在改变泰坦表面”

  1. 土卫六是地球的一个隐喻,和地球并没有奇怪的相似之处。

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