在土卫六上建造沙堡就像听起来那么棒BY IAN O'NEILL, PH.D.

在土卫六上建造沙堡就像听起来那么棒BY IAN O'NEILL, PH.D.

土星可能不是第一个让人想到建造沙堡的好地方。

土星最大的卫星有一种有毒的、富含氮的、密度极高的大气层,在你打开水桶和铲子之前就会窒息而死。但事实证明,在月球表面四处飘动的微小颗粒有一些有趣的特质,会让最熟练的沙雕师嫉妒不已。

在地球上,沙堡需要两种材料:沙子和水。在适当的混合下,当形成一个精心制作的海滩城堡时,水有助于将单个沙粒结合在一起,保持结构的形状。当然,当你的海滩堡垒被太阳晒干时,沙粒之间的单根纽带就会消失,沙子会被吹走,地心引力会使城堡变成一堆看起来很糟糕的东西。也就是说,如果来的潮水没有先把它冲走的话。

然而,土卫六的情况却大不相同。

要知道,多亏了佐治亚理工学院(Georgia Tech)领导的一项新研究,这项研究的重点是被风吹过的土卫六砂。研究小组在《自然地球科学》杂志上发表了他们的发现。从本质上说,科学家们在一个密封的圆柱体中再造了他们自己的一点点泰坦大气层。具体来说,他们研究了如果在月球表面发现的有毒的富含碳和氢的化合物(被称为萘和联苯的碳氢化合物)在干燥的纯氮环境中旋转20分钟会发生什么。

当他们在实验结束时打开圆筒时,他们测量了这些微小颗粒的电学性质,这就是他们“令人敬畏的沙堡材料”的发现。

如果你抓住成堆的砂砾,在土卫六上建造一座沙堡,由于它们的静电特性,它们可能会在一起待上几个星期。“任何降落在土卫六颗粒物质区域的航天器都很难保持清洁。想想把一只猫放进一盒包装好的花生里。”

当有毒粒子在实验中翻滚时,它们会定期碰撞并交换电子。随着时间的推移,电子的积累——形成静电电荷——变得如此之大,以至于单个粒子粘在任何表面上,并极其有效地彼此结合。的确,有些颗粒粘在圆筒上,不愿掉出来。

它模拟了科学家们在土卫六表面的想法。当表面风以每小时15英里(24公里)的速度吹来时,小颗粒被拾起并在表面反弹。当这些弹跳的粒子与其他粒子碰撞时,它们就会被充电,最终产生大量的静电荷,它们会附着在其他粒子上并聚集在一起。当这些块状植物生长时,它们会被卡住,抵抗最强的风。

在土卫六上建造沙堡就像听起来那么棒BY IAN O'NEILL, PH.D.

由于土卫六的引力只有地球引力的七分之一,所以任何由这些粒子组成的结构——比如沙丘或沙堡——所产生的静电力都能克服重力,而且它们在很长一段时间内都不会塌陷。

土卫六和火星一样,以其沙丘地带而闻名——这是由风吹的物质构成的巨大起伏的地貌。然而,土卫六上一直有一个谜。美国宇航局的卡西尼号飞船对泰坦上的沙丘进行了测量,发现尽管盛行风从东向西吹,但高达300英尺(91米)的沙丘似乎是朝着相反的方向堆积起来的,很可能是由偶尔朝相反方向吹来的强风形成的。这对于火星或地球上由硅酸盐沙粒组成的沙丘来说是不可能的,因为它们是由盛行风形成的。

佐治亚理工学院的博士生兼主要作者Josh Mendez Harper补充说:“盛行风不足以形成(土卫六上的)沙丘。”

土卫六在很多方面都像地球。月球支撑着厚厚的大气层,它甚至拥有巨大的液态湖泊。但是这些大湖并不是由液态水组成的。土卫六寒冷的大气层意味着其他挥发性化学物质,如甲烷和乙烷,以液体的形式存在,而在地球温和的环境中,它们自然以气体的形式存在。

土卫六大气中的甲烷与地球上的水有着相似的循环;它从大湖蒸发到大气中,凝结成云,降落在富含碳氢化合物的地貌上,形成河流和雕刻的山谷。

这种奇怪的大气层产生了一种被称为多林的化合物,这种化合物被认为覆盖在土卫六的表面。科学家们认为,彗星向早期地球运送了同样富含碳的分子,并最终成为所有生命的基石。因此,天体生物学家经常认为这颗大气卫星代表着生命诞生前的年轻地球。

尽管和地球确实有相似之处,正如这项研究所证明的那样,土星最大的卫星表面的一些动力学是非常陌生的——即使建造沙堡的环境被认为是太阳系中最好的。

“土卫六的极端物理环境要求科学家们从不同的角度思考我们对地球颗粒动力学的了解,”Dufek总结道。“地貌受到我们无法直觉的力量的影响,因为这些力量在地球上并不那么重要。土卫六是一个奇怪的,静电粘性的世界。”


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