土卫六的雾霾:肥沃的混合物

[ 录入者:Melipal | 时间:2010-10-17 20:28:30 | 作者:Melipal译 | 来源:Sky & Telescope | 浏览:3054次 ]

原文标题:Titan's Hazes: A Rich Brew

作者:Kelly Beatty   原文来自:SkyandTelescope.com   Posted: 2010. 10. 8

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

今年美国天文学会行星 科学分会的 会议将超过900名研究者吸引到了加州的 帕萨迪那(Pasadena),这里是加州理工学院与NASA的 喷气推进实验室所在地。这里同样出名的 是时常遮掩了面积更大的 洛杉矶盆地天空的 黑色雾霾。城市的 雾霾是数百万辆汽车的 副产物,它们向低层大气排出氮的 氧化物以及其他气体,而阳光将这些成分转化为微小的 浮质颗粒。

7日的 一场科学报告主题是另一个遮掩在浓密雾霾之中的 世界——土星 巨大的 卫星 土卫六。这是太阳系 除了地球以外仅有的 一个大气以氮元素为主的 天体。土卫六的 大气还含有百分之几的 甲烷(CH4),虽然那里的 阳光非常微弱,但强度仍旧足以让这两种气体转变为不透明的 浮质层,覆盖了卫星 的 表面。

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土卫六以氮元素为主的 浓密大气层被多层有机物雾霾点缀,它们遮盖了卫星 的 表面。这张卫星 北极地区的 伪彩色图片是在2004年10月24日拍摄的 。(图片提供:NASA / JPL / Space Science Inst.)

很长时间以来,宇宙化学家都认为土卫六的 雾霾主要成分是乙烷(C2H6),在雾滴增长到足够大时,会不断地从天空滴下。实际上,他们仍旧在研究为什么惠更斯号探测器在2005年1月接触土卫六表面的 时候,是砰然落地而非溅落的 。

以炼金术的 角度来看,仅仅有了氮与甲烷,你只能得到这些东西。但是现在研究人员意识到,土卫六的 混合物含有少量氧,这是2004年10月卡西尼号探测器从足够靠近土卫六的 地方经过,并分析了土星 磁层带电粒子从卫星 高层大气剥离的 气体之后发现的 。

氧元素带来了更加复杂的 光化学,改变了游戏规则。问题在于,虽然卡西尼号的 科学家可以告诉我们,土卫六的 高层雾霾包含非常复杂的 有机成分,探测器却缺乏辨认出其具体组成的 能力。

我在10月7日了解到,现在关于组分,我们有了一些激动人心的 线索。来自亚利桑那大学的 研究生萨拉·霍斯特(Sarah Hoerst)最近领导了一个国际小组将微波能量泵入氮、甲烷与氧气的 低压混合物中,在法国的 一座实验室里再现了土卫六高层大气中的 条件。其产物是直径不超过0.1微米的 微小碳氢化合物颗粒,这与土卫六上空漂浮的 浮质尺度吻合得很好。

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电子显微镜揭示出了名为索林(tholin)的 复杂有机化合物的 微观球体,这是在针对土卫六最外层大气的 实验室模拟中生成的 。(图片提供:Edith Hadamuck / UPMC / Univ. of Paris)

当霍斯特与她的 小组分析实验副产品的 时候,他们发现了一批对于生命存在来说至关重要的 有机分子。其中包括腺嘌呤、胞核嘧啶、鸟嘌呤、胸腺嘧啶与尿嘧啶——这是DNA与RNA中5种关键的 核苷——此外还发现了成打的 氨基酸。

她说:“能够找到所有5种核苷让人吃了一惊。这就好象是有人朝试管中打了喷嚏一样。”但是仔细的 检查说明,这些成分是在实验中合成的 ,而非来自地球生物的 污染。

霍斯特注意到,这并不需要氧元素——他们向混合物中添加了太多的 氧,而产生的 化学物质最后彼此互相燃烧了起来。土卫六的 氧源可能是土卫二,后者沸腾的 羽状结构持续不断地向土星 系 统喷洒水蒸气。水蒸气一旦暴露在太空环境下,辐射就会让水分子瓦解成氢与氧离子。有趣的 是,霍斯特指出,进入土卫六大气层的 氧元素数量恰好可以驱动生命起源前化学物质的 合成。

霍斯特的 模拟并非第一次试图通过简单成分的 气体来形成生命起源前的 混合物,但他们第一次引入了氧气。她的 结果让人重新提起了祖父那个时候所有这样的 实验,那是斯坦利·米勒(Stanley Miller)与哈罗德·尤里(Harold Urey)在1952年进行的 著名工作,通过甲烷与氨(NH3)以及氢和水合成了氨基酸。而SETI研究所的 比什珲·卡尔(Bishun Khare)继续了实验室的 研究,他与已故的 卡尔·萨根(Carl Sagan)合成了复杂的 生命起源前混合物,他们将其命名为“索林”。

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在全彩色图象中,土卫六的 表面看起来是橙色的 。这张照片是惠更斯号探测器在2005年1月14日着陆后拍摄的 ,展示了地面可能的 甲烷或乙烷雾霾,图中央最大的 “岩石”实际上直径只有6英寸(15厘米)。光谱表明,探测器下方的 地表含有水与碳氢化合物组成的 混合物。(图片提供:ESA / NASA / Univ. of Arizona)

一个关键点是,这些化学反应是在土卫六最外层大气中发生的 ,比可见的 雾霾层还要高上数百英里。根据喷气推进实验室的 翁玉林(Yuk Yung)的 观点,索林至少是在土卫六之上600英里(1000公里)处产生的 ——这一发现是使用卡西尼号的 紫外—可见光光谱仪监测通过卫星 高层大气星 光的 变化而作出的 。翁玉林指出:“很明显的 是,索林是在电离层高处形成的 ,然后向内沉淀”,虽然它们在极区丰度并不高。

现在人们并不清楚这些生命起源前的 混合物到底是在土卫六周围形成的 ,还是由不断落下的 陨石带来的 。但是这并不是重点。霍斯特说:“我们可以在大气中完全做到这些。我们并不需要液体水,也不需要地表。”这意味着生命的 基石可以在行星 的 高层大气中形成,可以想象甚至是在很久以前的 地球上。

不论如何,新的 工作说明,在土卫六的 大气层中会发生很多事情——这为NASA提供了更多推动力,向那里派遣专门的 探测器。

(全文完)

Tags:土卫六 有机物

责任编辑:Melipal

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