土卫六大气层

土卫六大气层卫星大气层01概要大气演化观测历史成分目录03050204基本信息土卫六大气层是太阳系的天然卫星中唯一高度发育的卫星大气层。土卫六大气层是太阳系的天然卫星中唯一高度发育的卫星大气层。观测历史观测历史土卫六大气层最初是由西班牙天文学家何塞·科马斯·索拉于1903年从土卫六的周边昏暗现象推测其存在。1944年杰拉德·柯伊伯以光谱观测证实了土卫六拥有大气层，并推测大气层内的甲烷气体分压为100毫巴（10千帕）。1970年代的后续观测确认柯伊伯的甲烷分压观测结果是明显低估，土卫六大气层内的甲烷含量是柯伊伯观测量的10倍，并且表面大气压至少是先前预测的2倍。土卫六表面的气压高就意味甲烷只能聚集在土卫六大气层中的小区域。1981年旅行者1号对土卫六大气层进行首次详细观测，发现土卫六表面大气压是高于地球的1.5倍概要概要旅行者计划的空间探测器探测结果显示土卫六的大气层比地球大气层更加浓密，表面压力是地球表面大气压的1.45倍。土卫六大气层总重量是地球大气的1.19倍，或每单位面积重量7.3倍。大气层内的不透明霾层遮蔽了来自太阳和其他光源的绝大多数可见光，并且让土卫六表面的地形模糊而无法分辨。土卫六的大气层相当浓密，并且因为土卫六的低表面重力，人类在土卫六表面甚至可以拍动装在双臂上的“翅膀”飞翔。而土卫六的低重力也代表其大气层顶远高于地球大气层顶，甚至高达975公里。这样的大气高度让卡西尼号探测器不得不进行调整抵抗大气拖曳来维持稳定轨道。而土卫六的大气层对许多波长范围的电磁波是不透明的，并且土卫六表面的全反射光谱也使土卫六表面不可能接受到来自大气层外的光线。直到2004年卡西尼—惠更斯号任务到达土星系时才获得了土卫六表面的影像。并且惠更斯号登陆艇在土星大气层下降过程中无法侦测到太阳的位置。虽然惠更斯号登陆艇最终能在土卫六表面拍摄影像，但惠更斯号科学团队比喻这就像是“在黄昏时拍摄柏油路面停车场照片”。成分成分土卫六大气层的平流层中氮含量98.4%，是地球以外太阳系中唯一富含氮的浓密大气层。其余1.6%的成分主要是甲烷（1.4%）和氢（0.1－0.2%）。因为甲烷在土卫六大气层高处冷凝，甲烷的含量在高度约32公里处的对流层顶向下增加，在8公里高到土卫六表面处增加至接近4.9%以后逐渐平缓。另外还有其他痕量的烃类，例如乙烷、二乙炔、丙炔、乙炔和丙烷；以及氰基乙炔、氰化氢、二氧化碳、一氧化碳、氰、氩和氦等其他极低含量气体。从太空所见土卫六大气层的橙色必定是更加复杂的少量化学物质所造成，而这类物质可能是类似焦油状的有机沉积物托林。烃类被认为是来自太阳的紫外线使甲烷分裂后形成的，产生了厚层的橙色烟雾。土卫六没有磁场，虽然2008年的研究显示土卫六经过土星的磁层并直接暴露于太阳风之后会有磁场残留。这可能会使土卫六的高层大气部分分子被电离与逃逸。2007年11月，科学家发现土卫六电离层中的负离子质量大约是氢的1万倍；一般相信是形成橙色雾的物质落到较低空处使土卫六表面被遮蔽。而这些物质目前仍不明，但可能是托林，而这些物质可能是形成多环芳香烃等更复杂分子的基础。来自太阳的能量应该会让所有土卫六大气层中的甲烷在5千万年内全数转化为更复杂的碳氢化合物，这对太阳系的历史而言是相当短的时间。这表明在土卫六上必须有能随时补充大气层内甲烷的来源。土卫六大气层内甲烷含量超过一氧化碳的1000倍，因此可以排除甲烷的来源是彗星撞击土卫六，因为彗星内的一氧化碳含量超过甲烷。土卫六从形成土星系统的云气中累积的大气层获得甲烷这一假说可能性也不高；因为如果如此，土卫六的大气层各种气体丰度应该与太阳星云相近，并包含一定量的氢和氖。大气演化大气演化土卫六能维持浓密大气层存在的原因至今仍是个谜，因为结构和土卫六相近的木星卫星木卫三和木卫四都只有极稀薄的大气层。虽然目前仍所之甚少，科学家仍然从最近的探测任务中得知了土卫六大气层演化的基本约束条件。简单地说，以土星和太阳的距离、低太阳辐射量和太阳风流量这三个因素下，挥发性的化学物质倾向于在类地行星和卫星上以物质的主要三相同时存在。土卫六表面的温度大约是相当低的94K。结果就是在土卫六上成为大气层成分物质的质量百分浓度远高于地球。事实上，最近的研究结果指出土卫六只有50%的质量是硅酸盐，其他则是各种相态的水冰和含氨的水合物。氨可能是土卫六大气层中氮分子的原始来源，并且含氨水合物可能占据土卫六最多8%的质量。Tobie等人的论文中指出，土卫六很可能产生了分层结构，并且在冰Ih层下的液态水层可能富含氨。就目前已知的限制条件，即现在大部分大气质量流失主要是因为低表面重力和太阳风光解。土卫六的早期大气层损失量可以简单地使用氮的14N/15N同位素比值推测，重量较轻的14N会较早因为光解和加热而较先从高层大气散逸。因为土卫六的原始14N/15N比值所之甚少，土卫六的早期氮同位素比值可以在今日的1.5到100倍之间变化，但可能是较低的倍数。因为氮是土卫六大气层的主要成分（98%），从氮同位素比值可得知大部分的氮已经在整个地质时期中流失。尽管如此，土卫六表面的大气压力仍大约是地球的1.5倍，这是因为土卫六的