「泰坦星」海洋上的甲烷巨浪?
泰坦海洋上,微風下的冰冷「巨浪」。泰坦的海洋算不上深,但有些資料指出起碼也有100米左右。(圖片來自連結,再經豆包AI修改)
泰坦/土衛六是個很奇怪的星球,它表面幾乎沒有板塊活動,所以除了類似沙丘的地形外,不是平地就是淺甲烷海,個別地區尚有1000至3000米的山坡,但整體非常平滑。雖然土星的大氣壓比地球高60%左右,而由於溫差低,風力其實相當微弱,但引力也只有地球的14%,加上泰坦上的海並不是水為主,泰坦「海洋」上的浪可以很獨特。
卡西尼號探測器上的光學儀器和合成孔徑雷達繪製下的泰坦水體分佈,泰坦的大面積甲烷乙烷「水體」大都在北緯60度以北或南緯70度以南,而且北極地區的水體明顯大於南極,似乎間接表明泰坦地表下沒有全行星性的甲烷海洋。不過由於天氣、軌道限制和衛星潮汐鎖定的特性,卡西尼號直到任務完結,仍有很大部分的地表還未掃瞄到。(圖片來自維基百科)
有科學家利用在五大湖區中最大的蘇必利爾湖過去20年的波浪數據,再以不同行星/衛星的引力、大氣壓力和行星上主要流動物質的黏性,開發出一種名為「行星波」(PlanetWaves)的新AI模型,用以模疑太陽系內各行/衛星及系外行星的海浪形式和情況,由於火星的海洋30億年前就蒸發了只有靠地質化驗推測,而其他系外行星恐怕未來幾千甚至幾萬年內人類都沒法抵達實測,大概只有泰坦可以在有生之年進行驗證了。
論文Modeling Wind-Driven Waves on Other Planets: Applications to Mars, Titan, and Exoplanets利用北美五大湖區中最大的蘇必利爾湖波浪數據並代化其他行星 / 大型衛星的各項原始指標,模據出水體波浪高度(上圖)和波幅(下圖)的比較。這AI模型似乎頗適合模擬泰坦的情況,因為其大小和平均水深都和泰坦上的三大湖相當。(圖片來自連結)
模擬分成幾類,即宜居超級地球類海洋行星(LHS 1140 b)、以硫酸為海洋的金星類似物(Kepler-1649b)、高溫的岩漿海洋型類地行星、遠古火星(兩個大氣層環境)及超低溫液氮/液態甲烷海洋小型行星/大型衛星(早期和今日的泰坦大氣)。
測試模型顯示,當中遠古火星因為引力較低,即使在大氣密度比地球更高的假設下,同樣風速都可引發比地球高兩倍左右的浪,在氣壓較低時會更高;另一方面,就算是阻力較低的全球海洋型行星,由於引力較地球大,即使可能形成巨浪,普遍來說其實也只有地球同樣風速下一半的浪而已。其他奇奇怪怪的高溫環境的硫酸浪和岩漿浪,因為密度和黏度都比水高很多,能翻起的浪就小得可憐了。
惠更斯號探測器在降落前於阿迪納地區拍到的照片,照片上見到疑似海岸線痕跡,那地區過去可能是甲烷海岸,只是原有的甲烷海可能永久或間歇性消失而已。這些遺跡似乎也是現階段蜻蜓無人機可以考察及了解泰坦甲烷海洋情況的其中一個機會。(圖片來自維基百科)
在這環境下,由於引力小、液化氣體(無論早期的氮還是今天的甲烷乙烷)密度和黏性相對更低,即使是微風下引發的浪,都可以相當誇張,而且大氣壓力高地球60%(即風壓比地球更大),即使在4米/秒的環境下(過去氣候模型數據表明泰坦可以吹出這速度的風,再大的話機會就相當低了),也可起出2.5-3.5米的浪,10米每秒時更可吹出15米高的浪,而且這些「浪」的移動速度看起來也很慢,4米/秒的風速下,兩次波鋒之間相距時間達到20秒左右。
蜻蜓號的想像圖(左),後邊的罐子是放射性同位素熱能發電機(Radioisotope Thermoelectric Generator / RTG),是晴蜓號飛行的電力來源,RTG發熱可以保持電路不被凍結,而電力可夠儀器長時間運作。由於泰坦引力只有地球的14%,即使電動機的總馬力在地球可抬不起這飛行器,在泰坦上卻能自由飛行;圖右則是約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室組裝及測試中的蜻蜓號IEM(集成電子模組)模組。(圖片來自連結)
事實上,這個模型有很小的機會可在2034年左右就能被驗證。雖然近期沒有針對泰坦海洋的探測計劃,但美國太空總署的土星新任務大約在2028年7月就會開始並由SpaceX的重獵鷹進行發射工作,其任務核心是蜻蜓號450公斤級別大型無人直升機。其在泰坦上的降落點預計是在北緯7.0°,西經199.0°,主要探測目標是個隕石坑,離土星三大洋的位置(集中在北緯68度以上)都有點遠,甚至距離克拉肯海的南緣至少都有5000公里(而晴蜓號每只能飛7公里,就要降落用機載RTG來充電),即使任務完成後直升機還能飛,這距離還是不到過去的,甚至也難以接近最近的大湖,不過如果預定著陸點有變的話,也不是沒有可能的。
順帶一提,蜻蜓號上個月開始已在噴射實驗室製作中。至於另外的探測計劃,到現在還未有著落,看來真的要等美國太空總署獲得更多資源(這可能性實在不高)或中國尚未進入詳細規劃的天問五號或以後的工作了。
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