土卫六上的沙丘之谜

土星最大的卫星——土卫六是科学家最感兴趣的星球之一，原因就在于土卫六上的环境与早期的地球很相似，研究这颗星球可以为科学家提供了解生命如何出现在地球之上的线索。此前的探测已经表明，土卫六非常活跃，有循环流动的大气和充满液态甲烷的河流与湖泊。除此以外，土卫六上还存在广阔的沙丘地形，而“这些沙丘是怎样形成的”“沙粒来自哪里”“沙粒是由什么物质组成的”等话题也引发了人们的热议。

在地球上，沙丘的形成源自稳定的劲风的吹拂。风将沙粒吹动起来，堆积成山脊似的沙丘，并使之越聚越多。那些沙子通常来自石英、石膏和玄武岩。那么，土卫六上的沙粒来自哪里呢？

在土卫六上，沙漠主要分布在赤道附近，它们覆盖了地表20%的面积，呈现出酷似沥青的暗色。科学家此前认为，在土卫六大气层的顶端，来自阳光的紫外线和宇宙射线引发了甲烷和氮分子之间的化学反应，这种反应生成了碳氢化合物和氰化物，它们在下降过程中形成了一种碳氢化合物的“沙粒”。随着土卫六的运行，阳光会经过赤道，风随即强劲了起来，在风的吹动下，“沙粒”便以相同的原理形成了土卫六上的“沙丘”。

那么，土卫六上的沙丘真是这样形成的吗？

大重组时代

目前，研究人员尚不清楚那些微观的有机颗粒是如何形成更大的“沙粒”的。实验表明，有机颗粒十分脆弱。如果土卫六上高耸的沙丘果真是由碳氢化合物的颗粒组成的，那么如此脆弱的物质就极易损耗。随着时间的推移，有机颗粒会变得越来越细，直到彻底变成粉末，最终被风吹得无影无踪，根本无法形成像地球上的沙丘那样巨大的结构。

现在，一种新观点似乎更能解释土卫六上沙丘的成因。2024年3月的一项最新研究表明，土卫六上的黑色沙丘可能来自遥远的太空，是大约40亿年前来自柯伊伯带的彗星撞击了土卫六后形成的。这个结论是美国科罗拉多州博尔德西南研究所的行星科学家威廉·博特克的研究团队得出的。

长期以来，科学家对土卫六上沙丘的成因一直心存疑虑。在这颗卫星的橙色天空下隐约显现着大约1500万平方千米的暗色沙丘。对此，传统的科学假设并未阐明微小的有机颗粒是如何形成更大的“沙粒”的，这样一来，土卫六上存在如此广阔的沙丘地形就令人十分困惑了。而现在博特克的研究团队提出的彗星说则不存在这样的疑惑。一种太阳系演化的流行理论认为，太阳系中那些巨大的行星并不是在它们目前所处的位置上形成的。这就是说，它们形成于其他地方，然后迁移到了现在的位置。一些科学家相信，当巨行星迁移到现在的位置时，它们与柯伊伯带发生了相互作用，形成了一次大重组。在那次大重组中，彗星可能“轰击”了土卫六，一些彗星粉碎了，另一些太空岩石也破碎了。这导致无数微小的颗粒在太空中被释放和分散了开来。为了印证彗星“轰击”的推测，博特克的研究团队对太阳系中那个大重组时代进行了计算机模拟，结果表明，当时产生的尘埃和颗粒足以形成土卫六上的沙丘。

追踪“沙粒”的源头

其实人们很早就知道太空中存在很多颜色暗淡的颗粒，它们数量惊人，其中的许多曾被太空探测器捕捉到。它们足够坚硬，可以在地球的大气层中长期存在，直径通常为200微米，这样的大小正适合在土卫六上形成沙丘。

博特克的研究团队还用计算机模拟土星、木星及其卫星在那个混乱时期发生了怎样的演化，以及它们有可能获得多少彗星尘埃和太空岩石颗粒。结果显示，那些较大行星和卫星中的任何一颗都有可能为土卫六提供足够多的尘埃以形成沙丘。博特克由此得出的结论是“彗星尘埃和岩石颗粒是可以为土卫六沙丘提供材料的两个来源”。博特克认为，这一发现或许可以解释在其他星球上观测到的同类物质存在的现象。

博特克建立的模型显示，那些微粒也击中了其他卫星，包括木星的卫星——木卫四、木卫三以及土星的卫星——土卫八。此前的研究已经表明，这些卫星上都存在着大量暗色的微小颗粒。美国杨百翰大学的行星地质学家贾尼·拉德博认为，土卫八上的黑色微粒并非源于自身，而土卫六上的“沙粒”很有可能也属于这种情况。

但是，掉落到土卫六上的物质会永远留存在那里吗？例如，土卫六上可能有间歇泉（又称“冰火山”，喷出物多为水、冰、液态氮及液态甲烷）的喷发，它们将大量的物质带到地表。事实上，同样的事情很有可能正在发生，或者在过去发生过。如果彗星碎片是在间歇泉喷发时出现在土卫六上的，那么，土卫六上沙丘的成因就可能被改写。这是因为随着时间的推移，间歇泉的喷发会将古老的彗星物质融合到喷发物中，并将它们埋葬掉。

“蜻蜓”旋翼无人机一探究竟

由此看来，土卫六上的沙丘“究竟是由什么物质组成的”“它们是如何形成的”“现状如何”之类的问题，还需要更多的研究甚至实地考察才能得出结论。好在科学家对土卫六这颗活跃的星球是非常重视的，他们已计划实施一个名为“蜻蜓”的太空任务，从而解开土卫六上包括沙丘之谜在内的一系列谜团。其主角是一架名为“蜻蜓”的旋翼无人机，其上的仪器将测量沙丘微粒的细节，这样的测量有可能消除被粉碎的彗星在遥远的卫星上是否果真缔造了沙丘的疑问。

“蜻蜓”要做很多工作，它的任务期接近3年，探测的目标包括从沙丘到陨石坑等各种地面环境，以及对生命形成和发展至关重要的有机物质。此外，还要探索土卫六上特有的“甲烷水”。“蜻蜓”还将研究土卫六的大气层和地下的液体储集层。在这些探索过程中，“蜻蜓”的科学仪器将努力寻找过去或现在有可能存在生命的化学证据。

“蜻蜓”是一架双四旋翼无人机，它有8个旋翼，每个旋翼长约1米。这架重达半吨的无人机能在不到1小时的时间内飞行数十千米。按照计划，它将于2028年发射，并于2034年抵达土卫六。着陆土卫六后，“蜻蜓”将飞往土卫六上的既定目标，并寻找土卫六上可能存在的生物前化学过程，即在生命出现之前，化学物质自发组织形成生命前体分子的过程。“蜻蜓”计划标志着美国宇航局将首次在地球之外的另一颗星球上操控多旋翼的科学飞行器。土卫六的大气层比地球上稠密4倍。为此，“蜻蜓”将携带8台科学相机、2台光谱仪和1个用于对复杂有机物进行采样的钻机，还将携带能够测量气温、气压、风速、风向以及湿度的气象组件和其他科学组件。

“蜻蜓之舞”

“蜻蜓”之所以拥有如此的本领，还得益于“卡西尼号”土星探测器对土星系长达13年的探测，这为“蜻蜓”的土卫六之行提供了大量宝贵的数据。这些数据会让“蜻蜓”选择一个安全的初始着陆点，并选择一个平静的时期登陆土卫六。然后，它将有选择地探测一些有趣的地方。具体地说，“蜻蜓”有可能首先在位于赤道的“香格里拉”沙丘地带登陆。届时，“蜻蜓”将采用跳跃飞行的方式探索既定目标，并在多个地点采集样品。最终，它会到达一个叫作“塞尔克陨石坑”的地方，有证据表明，那里曾有过液态水和有机物，这些因素都是生命诞生的前提条件。“蜻蜓”的飞行距离最终将突破175千米，这几乎是所有火星漫游车截至目前行驶距离的2倍。

当然，破解沙丘之谜只是“蜻蜓”众多探测目标中的一个。土卫六比水星大，是太阳系第二大卫星。它距离太阳约14亿千米，大约是地球和太阳之间距离的10倍。由于距离太阳很远，它的表面温度大约为-179℃。它的表面大气压也比地球上高50%。与地球不同的是，土卫六的大气中存在大量的甲烷云和甲烷雨，它们像轻雪一样落下。这表明，土卫六的大气和地表正在经历着某种有可能激发生命物质的过程。

美国宇航局指出，“蜻蜓”将访问一个充满有机化合物的世界。这些化合物是生命的基石，可以让我们揭秘生命的起源……想到这架无人机将在土卫六的沙丘上空飞行，并探索宇宙塑造这一非凡景观的过程，不禁令人神往。