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    土卫六上湖泊的周围,特殊的环状结构,究竟有何秘密蕴含其中?

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      分析来自卡西尼-惠更斯计划,该计划完成了多次月球飞行甚至在月球表面降落了一个登陆车。

      土星的最大卫星土卫六拥有充满液态碳氢化合物的海洋和湖泊,和地球上海洋和湖泊中的液态水极为相似。

      运用来自国际卡西尼号宇宙飞船的观察结果,科学家们已经探索了在土星最大卫星土卫六两极发现的一些池塘周围的环状土丘。这项研究揭示更多的是关于这些特征是如何形成的。

      NASA/ESA/ASI卡西尼-惠更斯计划在土星系统中度过了13年,卡西尼号飞船搭载着欧洲航天局的惠更斯探测器,在2005年登陆在这冰封的卫星上。在卡西尼号巡视土星及其卫星期间,它对土卫六星进行了100多次飞越,发现土卫六星极地地区约有650个湖泊和海洋——其中至少300个湖泊和海洋拥有部分甲烷和乙烷的液体混合物。

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      土卫六星上大多数较小的湖泊都被描述为边缘锋利的洼地,要么是空的,要么是满的,地面相对平坦,水深可达600米(1970英尺),外部边缘陡峭狭窄,宽度约为1公里(0.6英里)。

      但是,一些湖泊被壁垒所包围:环形的土丘延伸到湖岸边数十公里。不像边缘,这些壁垒完全包围了它们的主湖。

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      位于西班牙马德里附近的欧洲空间天文中心( ESAC)的 ESA研究员,也是一项关于土卫六星壁垒的新研究的主要作者 Anezina Solomonidou说:“土卫六湖的形成及其周围特征仍然是一个悬而未决的问题。”

      “土卫六星上布满湖泊的极地区域是如何变成我们今天所看到的样子的,壁垒可能提供了重要线索。之前的研究揭示了它们的存在,但它们是如何形成的呢?”

      Solomonidou和她的合作者首次结合了来自卡西尼号的光谱和雷达数据,探索土卫六星北极附近的5个区域,这些区域有充满湖泊和凸起的壁垒,以及附近区域的3个空湖。这些湖泊的面积从30到670平方公里(11到260平方英里)不等,完全被200到300米(660到980英尺)高的壁垒所包围,这些壁垒从湖的外围向外延伸30公里(19英里)。

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      多年来收集的观察是卡西尼号,它在土卫六星飞越并运用可见光和红外(VIMS),该探针表面有顶层(数万μm)和雷达仪器,它可以进一步渗透,由表面材料的性质不同可渗透多达几十厘米。后者用于其辐射测量模式和合成孔径雷达(SAR)成像仪。

      Solomonidou补充说:“光谱数据显示,壁垒的组成与其周围环境不同。”

      “我们研究的空湖的地面在光谱上似乎也与壁垒相似,这表明空池和壁垒可能是由类似的材料制成的,或者覆盖着类似的材料,因此可能以类似的方式形成。”

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      这些图像提供了土卫六星上一个湖附近的壁垒和边缘特征,这是卡西尼号计划所观测到的。卡西尼号的雷达图像是土卫六星上的一个湖,Viedma Lacus,是用仪器的合成孔径雷达(SAR)成像仪(右图)拍摄的。放大后的凸起边缘(左上角)。带有壁垒和边缘特征的湖的插图(左下角)。

      UVSQ在法国巴黎的拉塔莫斯实验室的合作者Alice Le Gall研究了这些壁垒的发射率,她发现这些壁垒的发射率与土卫六星上发现的另一个重要且广泛的特征相似,科学家们称之为迷宫地形。随着时间的推移,河流侵蚀形成了不同的河道,形成了迷宫状的景观,迷宫地形被怀疑富含有机物,而不是由水冰构成的。观察到的相似性表明城墙可能也富含有机物。

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      Le Gall补充说:“壁垒也始终是完整的:虽然随着时间的推移,壁垒的边缘和其他特征已经被磨损和破坏,但壁垒总是完全围绕着它们的湖泊。”“这有助于我们限制它们可能形成的情景可能性。”

      新的研究表明两种可能的机制来创建这样的壁垒:一个过程涉及地下与地下水饱和,鉴于海拔差异之间的空湖地壳和湖泊,或一个湖周围的盆地和地壳首先变硬,然后缩小,导致湖水渗透到地下,并留下一个地区的湖泊盆地突出高于周围的地形形成壁垒。

      与更残破的盆地边缘相比,现已观察到的壁垒的完整性给予我们更深入的了解。如果壁垒的边缘是由比壁垒更脆弱的材料制成的,那么壁垒本身必须是相对较老的,才能看起来像壁垒一样。在这种情况下,将形成一个湖泊,然后是一个壁垒,然后是一个边缘,由于其组成较弱,无法承受侵蚀。

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      然而,如果棱和壁垒是由相同的材料制成的,那么壁垒可能相对较年轻:形成一个盆地,剩余的材料被拉入棱中,然后进入更大的壁垒。后一种情况可能意味着,有壁垒围绕的湖泊是土卫六星上最年轻的湖泊之一,因为它们还没有看到壁垒被侵蚀和移除。

      Solomonidou补充说:“很难缩小这些壁垒形成的确切机制,但随着更多的研究,人们对土卫六星等有趣天体了解得越来越多。”

      “分析卡西尼号上土星冰冻卫星的数据,特别是结合来自多个仪器的数据,对准备探索木星冰卫星的任务具有高度的相关性,”合著者Olivier Witasse说,他也是ESA任务的项目科学家。

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      “即使土卫六星是个例外,木星的卫星上没有湖泊和雨水,但对土卫六星的更多了解,有助于我们对太阳系冰冷卫星的整体了解。”

      未来的任务将进一步研究外太阳系——例如,JUICE将于2022年发射升空,并前往木星系统进行探索,而NASA计划在本世纪20年代中后期发射另一项任务——蜻蜓号,专门前往土卫六星。随着下一代宇宙飞船即将揭开更多关于太阳系巨型行星周围冰冷卫星的秘密,科学家们正期待着揭开这些迷人物体是如何形成和演化的秘密。
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