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[分享] 泰坦上的彩虹
欧洲太空总署的「惠更斯号探测船」,在登陆「土卫六泰坦」的下降过程中,对「泰坦」的地表进行拍照。拍到许多类似水道,海滩和看似岛屿的照片。最后,「惠更斯号探测船」以螺旋型的状态降落到泥沼中。 我们可以用一句话来对这次发现的结果做个总结,那就是「泰坦的地表是潮湿的」。
对于这样的结果,荷兰天文学家惠更斯也许并不会感到多么惊讶。早在西元1698年,「惠更斯号探测船」离开地球的三百年前,这位荷兰天文学家写下了这样一段话:『既然确定了地球和木星上拥有水和云,没有理由认为其他行星上没有水和云。我没有办法肯定它们与地球上的「水」和「云」是相同的,但它们必定如液体一般,所以是可以流动的;必定清澈,才能展现如此的美丽。由于离太阳太远的关系,地球上的水,如果存在木星和土星上,必定是被冻结的。但无论行星的温度如何,所有的行星都必定存在有它自己的「水」。』
欧洲太空总署会以「惠更斯」来命名这艘探测船,是因为于1655年发现「泰坦」的就是荷兰天文学家惠更斯,虽然当时所发现的「泰坦」在望远镜里只是一个小光点。惠更斯虽然看不到「泰坦」上落雨的云层,或是被河水侵蚀的山谷,但还是富于想像的帮「泰坦」加上了这些景物。泰坦上的「水」其实是液态的甲烷(CH4),在地球上一般称为天然气。而由于「泰坦」上的温度低到只有摄氏零下180度左右,因而地球上的水(H2O)在泰坦上会被冻结成固体,但是甲烷在「泰坦」上并不会被冻结,而是以液态存在。
亚利桑那州立大学的Jonathan Lunine和它的同事都认为「惠更斯号探测船」降落在和亚利桑那州一样大小的干燥地区,这个区域虽然干燥,但是应该有一个短暂却水量丰沛的雨季。Jonathan Lunine教授说『靠近「惠更斯号探测船」的水道目前似乎是干的。但他相信不久前那边一定有液体存在过,散落在登陆地点附近的小石头为科学家的推测提供了很好的佐证。那些石头的表面就像地球上河川里的石头一样光滑,而且位于一处似乎被洪水冲积过的洼地里。』
『造成这些现象的原因应该是雨,这表示泰坦大气非常的潮湿,但成分却是甲烷。』Jonathan Lunine教授说「没有人知道泰坦多久下一次甲烷雨,但每当下雨的时候,比地球大气中还多上数倍的水气,绝对能让你冲一个痛快的澡。』
一位大气光学专家 (Atmospheric Optics expert) Les Cowley说:『下雨后,泰坦大气也许和地球一样会出现彩虹。因为产生彩虹的因素「阳光和液滴」泰坦上都有。地球上的彩虹是由于水滴折射阳光造成的。每一个水滴就像棱镜一样能把光分开成一连串的彩色光谱。在泰坦上,甲烷液滴跟水滴一样透明,所以当阳光被甲烷液滴折射后,也有可能会产生彩虹,正如惠更斯的文章中所写到,「必定清澈,才能展现如此的美丽。由于甲烷液滴的折射率(1.29)和水滴的折射率(1.33)不同,甲烷造成的彩虹(张角49°)可能会大于由水所造成的彩虹(张角42.5°),但是彩虹颜色的顺序则是会相同,蓝色在内侧,红色在外侧,另外还带点少许泰坦橙色天空所造成的橙色色调。彩虹形成需要阳光直接照射,但泰坦的天空却是朦胧的。所以要在泰坦上看到清晰的彩虹是很难的,如果在红外光波段看的话,可能会比较常见。』
美国太空总署的喷气动力实验室的Bob West教授说,『卡西尼号太空船为什么要在红外线波段观测泰坦呢?原因就是红外线比较能够透入阴霾的大气来。换句话说,红外波段的太阳光会比较容易穿透灰蒙蒙的泰坦大气,并且产生彩虹,而最好的观测工具就是红外线夜视眼镜。上面描述的液态甲烷的各项性质都跟液态水很像,但实情却不然。
首先,液态甲烷的密度只有水的一半。这意味着,生活在泰坦上的造船技师必须要考虑到,船要如何在这种密度比液体水密度还要低的液体中航行,泰坦上的船必须要有特别减轻船重的方法,才能在液态甲烷上航行。液态甲烷同时也具有较低的黏滞性和较低的表面张力。表面张力让水具有像橡胶一样的弹力,让水黾能够在水面上移动。假如水黾搬到泰坦的液态甲烷上,则会沉入液体。
另一点:泰坦上的重力只有地球的七分之一,船的螺旋桨在液态甲烷中则需要额外的加宽才能推动更多的液体来前进。船体也需要必须以特别的物质来制造,才能抵抗泰坦低温的状态,而不会碎裂。那么液态甲烷的海浪看起来又是如何呢? John Zarnecki和Nadeem Ghafoor计算了在泰坦上可能发生的海浪状况,估计高度大约是地球上海浪的7倍高,速度大约是比地球上的海浪要慢3倍。
同时,液态甲烷是种易燃物质。由于泰坦大气含有极少的氧气,所以并不会容易着火。假如有一天参访者参访泰坦,他们必须小心他们的氧气筒和抵抗想要用水把火熄掉的欲望。
出处来源:http://www.tam.gov.tw/news/2005/200503/05031502.htm
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