科学家们利用卡西尼号宇宙飞船的观测结果，天文学家在土星最大卫星土卫六两极发现一些水池周围的环状土丘，这项研究揭示了这些特征是如何形成的。NASA/ESA/ASI卡西尼-惠更斯任务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，于2005年降落在这颗冰冷的卫星上。在卡西尼号巡视土星及其卫星的过程中，对土卫六进行了100多次飞越，在土卫六的极地地区发现了大约650个湖泊和海洋——其中300个至少部分充满了甲烷和乙烷的液体混合物。

泰坦上大多数较小的湖泊都是洼地，要么是空的，要么是满的，地面相对平坦，水深可达600米，外部边缘陡峭狭窄，宽度约为1公里。然而，一些湖泊被环状构造包围：环形的土丘延伸到湖岸边数十公里。不像边缘，这些环状构造完全包围了它们的宿主湖。欧洲空间天文中心(ESAC)的ESA研究员Anezina Solomonidou说：泰坦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，这样的环状构造可能提供了重要线索。之前研究揭示了它们的存在，但它们是如何形成的呢？Solomonidou和合作者首次结合了来自卡西尼号的光谱和雷达数据，探索泰坦北极附近的5个区域

这些区域有充满湖泊和凸起的环状构造，以及附近区域的3个空湖。这些湖泊面积从30平方公里到670平方公里不等，完全被200到300米高的环状构造所包围，这些城墙从湖的边缘向外延伸，长达30公里。卡西尼号多年来在泰坦飞行过程中使用视觉和红外测绘光谱仪（VIMS）搜索了这些观测结果。该光谱仪探测表面的顶层（数十μm），并使用可以进一步穿透的RADAR仪器

直至几十厘米，取决于表面材料的性质，后者用于其辐射测量模式和合成孔径雷达(SAR)成像仪。光谱数据显示，环状构造的组成与其周围环境不同。研究的空湖地面在光谱上似乎也与环状构造相似，这表明空池和环状构造可能是由类似的材料形成，或者覆盖着类似的材料，因此可能以类似的方式形成。UVSQ在法国巴黎拉塔莫斯实验室的合作者Alice Le Gall研究了这些环状构造发射率。

发现这些环状构造的发射率与泰坦上发现的另一个重要且广泛特征相似，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环状构造可能也富含有机物。环状构造也始终是完整：虽然随着时间的推移，环状构造边缘和其他特征已经被磨损和破坏，但环状构造总是完全围绕着湖泊，这有助于我们了解它们可能如何形成的情景。这项新研究提出了两种可能机制来建立这样的壁垒：

一种是考虑到空湖底和满湖之间的海拔差异，导致地下水饱和的地下过程；另一种是湖泊周围的盆地和地壳先变硬，然后收缩，导致湖泊渗透到地下，让湖盆的一个区域突出到周围的地形之上，形成壁垒。与更残破的盆地边缘相比，观察到的环状构造完整性带来了更深入了解。如果环状构造边缘是由比环状构造更脆弱的材料形成，那么环状构造必须是相对较老，才能看起来像环状构造一样。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。

然而，如果棱和壁垒是由相同的材料形成，那么壁垒可能相对较年轻：形成一个盆地，剩余材料被拉入棱中，然后进入更大的壁垒。后一种情况可能意味着，有环状构造围绕的湖泊是泰坦上最年轻湖泊之一，因为它们还没有看到环状构造被侵蚀和移除。很难缩小这些壁垒形成的确切机制，但随着更多的研究，人们对泰坦等有趣天体的了解也会越来越多。分析卡西尼号上土星冰卫星的数据，特别是结合来自多个仪器的数据，对准备探索木星冰卫星任务非常重要。

即使土卫六是个例外，木星的卫星上没有湖泊和雨水，但对土卫六的更多了解，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(Dragonfly)，专门前往土卫六。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天体是如何形成和演化的秘密。

博科园｜研究/来自：欧洲航天局ESA

参考期刊《Icarus》

DOI: 10.1016/j.icarus.2019.05.040

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