卡西尼号识别泰坦上的高海拔甲烷冰云

土卫六北极上空的平流层中的这种云类似于地球的极地平流层的云。美国宇航局的科学家发现，土卫六的云层中含有甲烷冰，以前不认为它是在那部分大气中形成的。卡西尼号最早在2006年发现了云。

天文学家利用来自NASA卡西尼号飞船的数据，在土星的卫星土卫六上发现了意外的高空甲烷冰云，这与远高于地球两极的奇异云相似。

这幅高耸的云层是由美国宇航局（NASA）的卡西尼号（Cassini）航天飞机拍摄的，是泰坦（Titan）北极上方凝结的冬帽的一部分。现在，在发现了这种神秘的大气绒毛八年之后，研究人员已经确定它包含甲烷冰，甲烷冰比以前在那里发现的乙烷冰产生更浓的云。

这项研究的主要作者，美国宇航局卡西尼号研究员卡里·安德森（Carrie Anderson）说：“甲烷云能够在土卫六上形成如此高的位置的想法是全新的。”“以前没有人认为这是可能的。”

在大气的最低层土卫六对流层中已经存在甲烷云。就像地球上的雨云和雪云一样，这些云是通过蒸发和凝结的循环形成的，蒸气从地表上升，遇到越来越低的温度，并随着降水而回落。但是，在土卫六上，起作用的蒸气是甲烷而不是水。

相反，新识别的云在平流层（对流层上方的层）中发展。地球有自己的极地平流层云，通常形成在北极和南极上方49,000至82,000英尺（15至25公里）之间，远高于飞机的巡航高度。直到温度降至华氏负108度（摄氏负78度）时，这些稀有云才会形成。

土卫六上已经发现了其他平流层云，包括很薄的弥散性乙烷云，甲烷分解后形成了一种化学物质。在那里还发现了由氰基乙炔和氰化氢制得的微妙云团，这些云团是由甲烷副产物与氮分子的反应形成的。

但是，人们认为在泰坦的平流层中甲烷云不太可能发生。由于对流层会捕集大部分水分，因此平流层云需要极高的寒冷度。即使在赤道以南的卡西尼号观测到的平流层温度为零下333华氏度（零下203摄氏度），也不够寒冷，无法使该区域的少量甲烷凝结成冰。

安德森和她的戈达德合著者罗伯特·萨缪尔森（Robert Samuelson）指出，土卫六低平流层的温度在所有纬度上都不相同。来自卡西尼号的复合红外光谱仪和航天器的无线电科学仪器的数据显示，北极附近的高空温度比赤道以南的低得多。

事实证明，这种温度差-高达11华氏度（6摄氏度）-足以产生甲烷冰。

其他因素也支持甲烷的识别。对云系统的初步观察与由乙烷冰组成的小颗粒一致。后来的观察表明，一些地区更结块且密度更高，这表明可能存在多个冰块。研究小组证实，较大的颗粒是甲烷冰的合适尺寸，并且在较低的极地平流层中存在预期量的甲烷（占一半的百分数，足以形成冰粒）。

形成这些高空云的机制似乎与对流层中发生的机制不同。土卫六具有全球性的循环模式，夏季半球的暖空气从地表上升并进入平流层，并逐渐进入冬季极点。在那里，空气质量下降，随着空气质量下降而冷却，从而形成平流层甲烷云。

“卡西尼号一直在稳步收集这种全球循环模式的证据，而这种新甲烷云的识别又是该过程以我们认为的方式运作的又一个有力指标，”戈达德科学家和卡西尼号“复合红外”的首席研究员迈克尔•弗拉萨尔说。光谱仪（CIRS）。

像地球的平流层云一样，这种甲烷云位于冬季极点附近，北纬65度以上。安德森（Anderson）和萨缪尔森（Samuelson）估计，这种类型的云系统（他们称其为沉陷引起的甲烷云，简称SIMC），可能会在土卫六表面上方的高度上发展98,000至164,000英尺（30至50公里）。

美国加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室（JPL）的卡西尼副项目科学家斯科特·埃丁顿（Scott Edgington）说：“泰坦继续以类似于地球上自然过程的惊人过程，但所用材料与我们熟悉的水不同。”“随着我们接近泰坦南部的冬至，我们将进一步探索这些云的形成过程如何随季节而变化。”

卡西尼－惠更斯号飞行任务是美国宇航局，欧洲航天局和意大利航天局的合作项目。JPL是帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的统称，负责管理NASA在华盛顿的科学任务委员会的任务。CIRS团队位于Goddard。无线电科学团队位于JPL。

出版物：厘米。Anderson等人，“土卫六冬季极地平流层和对流层中的沉降引起的甲烷云”，伊卡洛斯，第243卷，2014年11月15日，第129–138页； DOI：10.1016 / j.icarus.2014.09.007

图像：L.NASA / JPL / U。 Ariz./LPGNantes； R.NASA / GSFC / M。舍伯