卡西尼飞船拍到土卫六表面降雨过程

卡西尼飞船拍到土卫六表面降雨过程

NASA的卡西尼探测器不断记录着土卫六的天气变化,这一次,它注意到这颗星球的赤道地区出现了一条狭长的云带

卡西尼探测器拍摄到土卫六赤道地区出现了一个箭头形的巨大风暴云团

卡西尼飞船拍到土卫六表面降雨过程

这是一系列图像的合成,显示了土卫六表面颜色出现的改变,随着北半球春季的到来,这颗星球的近赤道地区开始出现甲烷降雨

卡西尼飞船拍到土卫六表面降雨过程

这张照片是惠更斯着陆器降落在土卫六表面之后拍摄的地表景象。图中合成上去了一些参数。探测器搭载的加速度计(纵轴)记录了探测器与土卫六地面的撞击情况(图中的高高隆起),这些数据有助于科学家判断土卫六地面的性质。分析人员认为,惠更斯探测器着陆在了一个固体表面上,其性质很像湿润的沙土;在降落地面后半小时内,探测器的温度和压力计(横轴)持续工作,记录到其降落地的大气温度约为-180°C,大气压强为1.47 倍地球大气压

据美国宇航局官方网站报道,随着春天的到来,阳光普照土星最大的卫星——土卫六的表面。在这颗星球干旱的赤道沙漠地区,天空开始普降“甘霖”。但是这天空降下的雨不是水,而是液态甲烷。这一幕被正在土星轨道运行的美国宇航局卡西尼探测器尽收眼底。这是科学家首次目睹土卫六低纬度地区的降雨现象。

2010年年末开始,卡西尼探测器拍摄到这颗星球的低纬度地区上空出现了大量的云层,而最新的观测则发现大量的甲烷降雨已经使这里的地面颜色显著的变黑了。对此最好的解释就是这里的地面在降雨过后仍然还湿润着。有关这一观测结果的论文发表在了今天的《科学》杂志上,而其中的一些初步结果则发表在了上个月出版的《地球物理研究快报》上。这一研究展示了土卫六浓密大气中发生的天气现象,并首次证实这种天气现象存在季节性变化。

“真是太奇妙了!你正目睹一些那么熟悉的天气现象,暴风雨,季节变化。可是这一切却都发生在一个遥远的、冰冻的世界。”伊丽莎白·泰特(Elizabeth Turtle)说。她是一位来自马里兰州约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的科学家,是卡西尼成像科学小组的成员。“这些照片将帮助我们弄清楚土卫六作为一个整体系统,其运行的方式。甚至能帮助我们更好的理解我们居住的地球。”

2009年8月,土星迎来春分,此时太阳直射土星赤道,季节开始变化。土星上的一年相当于地球上的30年,因此季节变化在这里是慢动作。基于对土卫六大气多年的观测数据,科学家们注意到当季节转换发生时,其全球的大气环流系统对太阳光的直射位置变化作出了相应的反应。卡西尼的观测还注意到,对于季节转换,土卫六地表温度的变化要快于这颗星球厚厚的大气层。这种大气环流模式的改变导致在其低纬度地区开始出现云层的聚集。

土卫六天空中的云层的形成方式和地球上空的云层相似,不同之处仅在于地球上的云层是由水汽凝结而成,而在土卫六上则是甲烷。在这颗星球上,湖泊、河流中流淌着液体的甲烷,云层中全是饱和的甲烷“水汽”,而降雨过程落下的当然也全是甲烷雨滴。尽管之前有过关于在土卫六低纬度地区发现流动液体的报道,但是目前为止确认发现的液态碳氢化合物:如甲烷和乙烷,都只存在于高纬度地区的湖泊中。二期赤道地区遍布巨大的沙丘,暗示这里的气候非常干燥。气象学家们随后提出,可能这种现象是季节性的,当北半球的春季来临之时,这里可能就会出现云层覆盖。但他们也不能肯定在低纬度地区地面上观察到的干涸的沟渠究竟是雨水冲刷出来的沟槽,还是远古时代这里曾经拥有潮湿气候的遗迹。

2010年9月27日,土卫六赤道地区出现了一个箭头形的风暴,这个时间相当于土卫六上的4月初。又过了一个月,这里出现了一条宽大的云带。正如在《科学》杂志中描述的那样,在接下来的数月中,卡西尼探测器的成像科学组抓拍到了土卫六地表出现的短时变化。卡西尼拍摄的图像显示在土卫六表面贝勒特(Belet)沙丘地区南部边缘附近一片面积达50万平方公里的地区,以及附近另一块较小的区域的颜色变黑了。科学家们将这些图像数据和稍早前获得的数据,以及其他探测设备的数据进行了比对,排除了其他原因导致地表色彩变化的可能性。于是他们得出结论:对此现象对可靠的解释是由于普降了液态甲烷雨,这里的地面被浸湿了。

这一观察结果暗示土卫六最近一次的天气过程非常类似地球上赤道地区的热带天气。在地球的热带地区,地面受到太阳直射,产生一股上涌的气流,并向两侧移动,参与到行星环流系统中来。

“这种突然出现的天气改变可能就是地球上热带雨林气候的翻版。尽管在地球上热带地区的海洋由于比热的关系,在对季节变化,以及其他的变化方面反应没有陆地那么迅速。”托尼·几尼欧(Tony Del Genio)说。他来自美国宇航局戈达德空间研究院,同时也是卡西尼成像小组这篇论文的合著者。

在地球上,热带地球上空的云带尽管会随着季节变迁,其位置存在轻微变动。但是基本仍然位于热带地区范围之内。但在土卫六上情况非常不同,这种云带可能只在春分和秋分时节会出现在赤道附近低纬度上空,并逐渐随着季节变化而北上(南下),直到夏至(冬至)的到来。而现在,科学家们非常想看一看,土卫六北半球直到夏至,这种云带将如何移动。

“很显然,有关土卫六浓密大气层中季节性变化的问题还有很多奥秘需要我们去理解,这也关系到我们生活的地球,我们要找到两者的相似之处和不同之处。”卡洛琳·波科(Carolyn Porco)说。她是卡西尼成像科学组的负责人。来自科罗拉多州空间科学研究所。她说:“我们急切想知道在卡西尼接下来的任务期间还会带给我们什么新发现。”

卡西尼-惠更斯探测器于1997年10月15日发射升空,经过长途跋涉,于2004年7月1日进入土星轨道。2004年12月25日,惠更斯着陆器从母船释放,于2005年1月14日成功降落在土卫六的表面。这是人类有史以来实施过的距离最遥远的登陆计划。

该计划一个美国宇航局、欧洲空间局以及意大利航天局之间的大型合作项目。加州理工学院下属的喷气推进实验室(JPL)受美国宇航局科学任务董事会委托进行项目管理。卡西尼飞船上有两台相机也是由JPL设计和制造的。成像科学组的总部位于科罗拉多州的空间科学研究所。


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