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    最新观测结果显示土卫六同温层存在独特冰云

    2016年09月27日 09:28:24   来源:腾讯太空

     最新观测结果显示土卫六同温层存在独特冰云

      如图所示,这是卡西尼探测器拍摄到土卫六大气层的一个巨大云层系统。

      据科学新闻网站报道,目前,卡西尼任务科学家认为,土卫六同温层二氰乙炔冰云的形成可以通过冰晶微粒中的“固态”化学过程进行解释。

      二氰乙炔冰云位于土卫六同温层,是由二氰乙炔(C4N2)化合物构成,该物质使土卫六大气层呈现褐橙色。之前美国宇航局“航行者1号”探测器曾观测到类似的冰云,此后科学家提出了置疑:他们仅探测到满足云层凝结不足1%的二氰乙炔气体。

      近期卡西尼探测器最新观测发现类似的结果,使用卡西尼合成红外光谱仪(CIRS),科学家发现大量高空云层是由相同的冰冻二氰乙炔构成。正如之前“旅行者1号”的勘测结果,CIRS光谱仪发现蒸汽形式的二氰乙炔,并证实土卫六同温层像沙漠一样干燥。

      CIRS光谱仪研究员、美国宇航局戈达德太空飞行中心凯莉-安德森(Carrie Anderson)博士说:“二氰乙炔冰云与我们知道的土卫六云层形式完全不同,这种形成云层的典型过程涉及到凝结,在地球上我们熟悉水的蒸发和凝结循环,同样地土卫六对流层也存在着类似的循环,而是甲烷代替水。”

      在土卫六冬季南北极的同温层出现不同凝结过程,同温层位于对流层之上,在这种情况下,伴随着全球性循环模式温暖气体向下运行至极地附近,云层开始出现凝结,当气体穿过逐渐寒冷的极地同温层时它们开始凝结。无论以哪种方式,当气温和压力有利于蒸汽凝结成冰时,云层会逐渐形成。气温和压力控制下,蒸汽和冰达到一个平衡点,由于这个平衡点的存在,科学家能够预测冰存在的位置会有大量蒸汽。

      来自戈达德太空飞行中心的罗伯特-桑谬森(Robert Samuelson)博士指出,对于凝结的云层,这种平衡点具有强制性,就像万有引力定律一样。科学家推断称,CIRS光谱仪观测的云层顶部需要100倍以上的蒸汽形成冰云结构。一种解释认为,早期阶段蒸汽可能存在,但是“旅行者1号”探测器在关键性波长范围勘测灵敏度较差。但当CIRS光谱仪未发现蒸汽,研究人员提出一个完全不同的解释,他们认为C4N2冰的形成是基于基因类似冰晶微粒的反应,这一过程叫做“固态化学过程”,同时该反应涉及到冰,或者形成该化学物质的固态形式。

      他们认为第一阶段是形成丙炔腈(HC3N)的冰晶微粒,伴随着这些冰晶微粒向下移动至土卫六同温层,它们将覆盖一层氰化氢(HCN),在这一阶段,冰晶微粒拥有两种不同化学物质构成的内核和外壳。偶尔紫外线光子接触冷冻外壳,并在冰晶微粒上发生一系列化学反应,这些反应可在内核或者外壳处进行,均可形成二氰乙炔冰和氢。

      研究人员指出,这种云层固态化学反应过程可能存在于地球极地臭氧枯竭的云层。安德森说:“这是一项令人兴奋的研究,我们发现土卫六和地球可能存在类似的固态化学反应过程。”目前,这项最新研究报告发表在《地球物理学研究快报》上。(悠悠/编译)

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