国庆不在地球玩 ‖ 太阳系旅游指南 第五站 土星

太阳系相比整个宇宙，犹如一粒微尘般毫不起眼；我们所在的蓝色地球相比整个太阳系，也如同一粒微尘。我们人类，在这粒微尘之上，仰望星空，想象着有朝一日，能够遍访宇宙中的所有星球，能够游历宇宙中的每一个角落。

水、金、火、木、土，是人类用裸眼就能够观测的行星，这主要是因为这五行距离我们地球足够近。从很久很久以前，人类就好奇它们的故事和本质，而直到今天，我们还对它们有着无穷的幻想。在之前的系列中，我们已经以一个来自大吃货帝国的地球科学家的身份，探访过了前四颗行星。这一次，土星又有什么样的美食科学现象，等待我们去品尝探索呢？

各位读者大概知道，之前有一部科幻电影非常火，其大致内容可以归结为：

震惊！老农田间耕种被异乡暴徒斩首，竟引发人口暴涨！真相原来是……

这位深藏不露的老农，如果大家还有印象的话，应该还记得他的故乡，那就是——土星的第六颗卫星，Titan，泰坦。顺便一提上面这个叫火参果，某宝有卖，很酸，不好吃（别问我怎么知道的，问就是柠檬精）。

卡西尼拍摄的土卫六

电影中设定土卫六是巨人族的故乡，那么想必，在这位爱打响指的老农的故事里，土卫六是个生机勃勃的地方，布满奇特的动植物。说到奇特的动植物，身为大吃货帝国的资深吃货，脑子里只有三个问题，能吃吗？怎么吃？好吃吗？

空穴不能来风，艺术创作也要遵守基本法，高于生活但要源于生活。人类之所以幻想土卫六上的蓬勃生命，和我们目前对土星的科学观测结果，是分不开的。

土星是太阳系的第六颗行星，平均距离太阳大约9个天文单位，远日点则接近10个天文单位。这也就是说，相比起地球，土星系能够接收到的太阳辐射微乎其微。事实上，在这个距离，人类制造的飞行器已经无法有效接收太阳光的能量，只好想别的方法来获取电能。著名的卡西尼-惠更斯号探测器，就没有携带太阳能板，而是利用同位素热发电机来发电。

图注：卡西尼-惠更斯号的艺术想象图，没有太阳能电池板。

但是正所谓万物生长靠太阳，要想吃到灭霸同款的蔬菜瓜果，必须有一个生物生长的能量的源头。在地球上，这个能量的最终源头是太阳辐射能，而在土卫六上，一个可能的，能量的来源，则变成了它所环绕的行星，土星。

由于开尔文-亥姆霍兹加热效应，像木星，土星这样巨大的天体，在向内压缩的过程中，会向外释放出热量。而土星由于一些其他的原因，释放出的热量更多，我们等下再说。在土星的表面，土星释放出的热量，是其接收到的太阳辐射能的2.5倍左右，也就是说，在土星系内的很多区域，主导的能量来源，其实是土星，而非太阳。

我们来看看土星这颗有趣的行星。

虽然土星的体积比木星小得多，人们对土星的印象却总是非常深刻。这主要来源于土星那闪闪发光的星环。这片星环从距离土星赤道的7000km到80,000km左右开始，到最外圈的约13,000,000km结束，其主要区域如下图，半径大约480,000km。然而其厚度，平均只有20m，最薄大约10m，最厚则大约10km——相比起其广阔的半径，可以说是薄如蝉翼。

卡西尼在土星遮盖太阳的时候拍摄的土星星环，四点钟方向，在E星环和G星环之间有个小点，那是地球。

甚至，每当我们说起巨行星这个大类，第一时间想起的，也总是这一圈圈闪亮的星环。

卡西尼号在背光面拍摄的星环。太阳在左侧，星环的下方向。

土星的星环是整个太阳系最大的，由无数的微粒组成，从数微米到数米不等。土星的星环中间有一些空隙，将星环分成好几圈，这些空隙可能是星环物质比较稀薄的区域，所以反光能力更差一些，显示出黑色，让星环带上一圈一圈的纹路。在这些星环的外围，有一个特殊的环，被称为Phoebe Ring，这个环和内圈的环不同，它绕土星的旋转方向与土星自转方向相反。这个环可能是土星系之外的天体，被土星捕获而形成的，它非常暗淡且遥远，在上面的图和下面的图里都看不到。

卡西尼在星环向光面拍摄的星环。太阳在左侧，星环的上方向。

这些星环99.9%的成份都是水冰，众所周知，那是一种反射率非常大的物质。而在漫长的岁月中，由于各种各样引力的扰动，这些水冰不断相互碰撞，相互打磨，它们的外表也非常的光滑，这进一步增强了其反射率。

土卫六遭受了土星的潮汐锁定，因此，土星在土卫六看来，基本上是一直固定在天空的一个位置上。从土卫六，也就是泰坦上看去，它的这轮太阳大概就是下面这样吧：

Titan上看土星，艺术想象图

这轮星环是这样美妙，有没有什么办法可以去看一看呢？

当然可以！开着飞船去就行了！

你比如下面这样：

假装自己并没有在玩游戏，而是在搞科研。

土星毫无疑问是个大家伙，其质量达到了95倍地球质量，而木星具有318倍地球质量，这两者加起来占据了整个太阳系行星92%的质量。然而，其密度却很小，土星的平均密度是0.69g/cm³，比水小了大约30%，是太阳系中唯一一个比水轻的行星。

作为一个气态行星，其大气层里也常年翻涌着高速的风暴，速度可达1800km/h，比木星上的风还要快，同时也在其星球表面，沿着自转的方向因不同的风速而形成了条带状的结构，这个结构比木星的则要暗淡一些。有时候，土星也会像木星一样，刮起规模巨大的风暴。

土星上的风暴，即图中白色的纹路。

那么，神秘的地方来了，大家看看下面这张图，有什么发现？

土星六边形，2014/04/02

土星的北极，为什么有个六边形？这样转着圈圈的风暴吹拂着，不应该是个圆形的风暴眼吗？这难道是灭霸藏在土星的飞碟？

这个东西目前还没有明确的解释，科学家目前推测，这是土星大气中的湍流形成的驻波，因为六边形是非常稳定的形状，因此驻波的波节渐渐挤压成了六边形。在实验室中，通过模拟，得到了类似这样的形状。但是也许还有别的解释呢？

土星的大气层主要由96.3%的分子氢和3.25%的氦组成（按体积计算），此外，还含有一些痕量的氨、烷、烯、炔等有机物！这又是令人浮想连篇的事情。

前面已经提到，土星向外辐射的热量，是土星接收的太阳辐射热量的2.5倍多，这其中有一部分来自于开尔文-亥姆霍兹加热。但如果单纯只有开尔文-亥姆霍兹加热，热量不会有这么多。2010年前后，科学家提出一种猜想，即，土星高层的大气中，氦形成雨滴，向下滴落，最终落到土星浓密大气下的液态中间层中，在那里，由于分异作用，氦非常富集。下落的过程中，氦雨与大气摩擦，放出保留的热量。整个过程就像地球上下雨一样，氦将深部的热量更多地带到外界，辐射出去。

想象一下这个过程，飘飘洒洒的氦雨，穿过氨结晶的云层，穿过甲烷形成的雾气，在数千千米时速的风暴中飘飘洒洒，最终落到液态氦和液态氢形成的“海洋”中（当然实际上并不是海洋，可能更类似于地球上的核幔边界）。

这样一个热交换的过程，再加上那些有机小分子的存在，是不是有可能，也许，土星的大气层，非常的“好味”呢？意思是说，也许，可能，真的存在借助这种热交换过程，以及小分子有机物作为养料的生物存在呢？一生都生活在气体里的生物，好像还没吃过诶。

露出了广东人的微笑。

上次有位读者说，据说木星会下钻石雨——是的，目前科学家认为，木星、土星、海王星和天王星这样的巨行星，其内部温压条件都可能产生钻石雨。也许可以，一起去看钻石雨？

讲完土卫六的太阳，土星，我们回到某位老农民的老家——Titan。

据说灭霸的老家人口太多，环境恶化，最终生物灭绝——这个实在是有点冤枉了他自己老家的人了。

地球、月球和泰坦的比较

Titan是太阳系第二大的卫星，仅次于木星的木卫三，比行星水星还要大上一点。尽管Titan已经很努力了，它还是比地球小的多啊，容纳不了太多人也是没有办法的事情。

而说到环境破坏这一点，就更为冤屈了。Titan是太阳系的所有卫星里，唯一一个具有显著的大气层的卫星。由于其质量比较小，而大气层却又是地球的大气层质量的1.19倍，所以其大气层的厚度实际上达到了地球的2倍左右。Titan的大气层含有97%的氮气，约2.7%的甲烷，和约0.1%的氢气。甲烷含量很高，众所周知甲烷是超级强力的温室气体，于是Titan上出现了超极强烈的温室效应。

土卫六紫色的霾，这个配色似乎就是灭霸皮肤和护甲的配色方案

在这种强烈的温室效应影响下，Titan的地表温度终于达到了。。。。零下179摄氏度。。。。

这是真的冤，如果Titan上真的有这种破坏环境的外星人，其实他们才是真正的热爱生命的好外星人啊！

在2005年，卡西尼-惠更斯号中的惠更斯着陆器，着陆在了土卫六上，为我们揭开了Titan神秘面纱的一角。

惠更斯号下降过程中在不同高度拍摄的Titan地表。

惠更斯号在下降的过程中，看到了黑色的“河流”，从山顶上奔流而下。那可能是甲烷雨形成的河流，最终逐渐汇集在Titan的低洼处。惠更斯降落后，还看到了类似卵石的东西，这意味着河流可能曾流过这里。

惠更斯拍摄到的Titan上的卵石。

在2007年1月，通过分析卡西尼号的雷达成像，科学家们宣称，找到了决定性的湖泊存在的证据——在极区附近，一些非常平坦，雷达反射率很低的区域被找到了。因为甲烷电导率低，所以雷达反射率也很低。

而且，通过长期的观测发现，一些“湖泊”的边缘，有明显的风化迹象，其轮廓发生了改变。

那么，几乎可以肯定，Titan是地球以外，人类发现的第一个，稳定存在液态湖泊的地方。虽然这个湖泊，是甲烷湖。

Titan确实是一个被甲烷所主宰的地方。甲烷容易分解，Titan的大气层看上去黄蒙蒙的，像是刮着沙尘暴。实际就是甲烷在遭受太阳紫外线分解，形成了一层橘黄色的雾霾。

Titan大气层的雾霾

甲烷不断在高层大气被紫外线分解，然而根据观测，甲烷的含量并没有降低，这说明甲烷不断被内部的某种机制所补充。目前认为，甲烷来自于Titan表面冰火山的喷发。

通过雷达成像合成的Titan上一座可能的冰火山Sotra Patera

什么是冰火山呢？火山大家都知道，把火山的喷出物换成水、冰碎块、水蒸气和其他一些气体，火山岩换成冰块——就是这样一种东西。

Titan的圈层结构

根据对Titan电导率的测量，目前推测其地表下也（为什么要说也）有一个液态的水层，或者说地下海洋。由于某种地质活动的原因，地下海洋的水被挤压出来，形成喷发。伴随喷发的就有一些埋藏在地下的甲烷，来补充大气层的损失。地下的水含有大量的氨，因此这些水在零下176摄氏度也可以保持液态。

如果真的存在火山，就说明地质活跃。也许Titan像地球一样，被其深部的岩石中放射性元素的分解驱动，释放出热能，促成造山运动。

但在2008年，Jeffrey Moore提出，有可能根本就没有冰火山，Titan的地貌完全是由液体和气体的各种剥蚀，以及撞击坑形成的。那些释放出来的甲烷，也许是从内部慢慢蒸发出来的。到目前为止，人类的确没有观测到确认的冰火山，所以他的这种理论也是有可能的。

地球上纳米比亚的沙丘（上）与Titan上的沙丘的对比

在Titan上，各种各样的小分子有机物，以及氨、磷化氢等等生命的重要成份，都已经被发现。经过实验室模拟，这些物质已经足够进行一次像地球生命起源一样的生命演化。不管Titan上有没有演化出生命，这种土壤如果进行一些处理，绝对是非常肥沃的，适合耕种的土地。至少会比火星更适合种土豆。

以Titan现在的环境状态，其表面如果演化出生命，很可能是一种以液态甲烷为基础的生命。这种生命的口感可能不是太好，很容易想到，甲烷在人类生存的温度范围，都是气态的，甲烷生命，在进入我们的嘴之前，应该就变成气体了。所以如果巨人族种菜都在Titan表面种，那人类可能真的是无福消受了。

但是Titan还有地下海洋啊~

在深深的海底，这里的水被辐射热能和潮汐热能加热，温暖的水域里，生存着以甲烷为食的生物，用磷、氮构成自己的外壳，用各种各样的微量元素催化反应。

这种生命形式跟地球上的生命就非常接近了。而由于生存在海底，肉质会比较筋道，没有阳光的代谢形式，可能需要广撒网去吸收养料，身体会长得比较疏松伸展，比较吸味。我的意思是比较能吸收各种逸散在水体里的强还原性气体。

也许吃了之后不太消化，毕竟也许它们会形成截然不同的“蛋白质”。但是吃货帝国的人，有时候就追求一个口感，就吃那一口味道。

土星和土星系，是神奇的地方，富含有机物，也富含水，所以我们要在那里开展科学考察，就需要——

首先，带一幅网兜，去土星星环捞星星。

第二，带一把超级强悍的雨伞，扛着土星风暴，一起去看钻石雨。

第三，穿好防护服，土星六边形里突然跑出外星大蜜蜂，概不负责。

第四，厚棉衣和暖宝宝，别听灭霸瞎扯，他们老家那儿贼冷的。

第五，黄连素，藿香正气水和蒙脱石散，要想吃异星食品，就要做好拉肚子的准备！

最后，让我们向提供了上述几乎所有资料的勇士，卡西尼-惠更斯号探测器，致敬吧！

人类的毅力、勇气和好奇，正在不断战胜不可能！

美编：张   岳

校对：李玉钤