太空任務「透鏡」：探索土衛六極低溫環境下的碳氫循環

土衛六，又稱為「泰坦」，是土星的最大衛星，也是太陽系中除了地球之外，唯一在地表存在大量液體的天體，甲烷和乙烷以液態及氣態參與地質與大氣之間的化學反應循環，與地球上的水循環十分類似。美國航太總署（NASA）噴射推進實驗室的研究團隊，於2025年月球與行星科學會議中提出一項全新任務構想：稱為「透鏡」（LOOKING GLASS），旨在將土衛六作為地球的「暗鏡」，深入探索其碳氫循環、地質活動與潛在外星生命相關的化學研究。

土衛六上的碳氫循環與地球的水循環十分類似。「透鏡」任務提案發射環土衛六繞低軌道的探測器，藉由近距離直接探測了解碳氫循環是如何運作的。圖片來源：NASA

土衛六擁有濃厚大氣層與地表湖泊、地下海洋，地表下也可能存在高壓冰層，形成複雜的內部結構。其大氣中產生的複雜有機分子可能沉降至地下海洋，進而催化形成生命基礎物質的化學反應。然而，目前尚缺乏一個整體性的研究框架來整合這些動態的化學過程，「透鏡」旨在填補這些缺乏之處。

該任務構想為設計一架繞行土衛六低軌道的探測器，其上配備三項主要科學儀器：

1.紅外線光譜儀：用以判別土衛六的表面組成，區分水冰與碳氫化合物，並探測冰火山的活動及地表的侵蝕地形。

2.合成孔徑雷達（SAR）：提供高解析度地表影像，探測並解析地下碳氫儲層、風成沙丘與冰火山構造。

3.雷達測高儀：量測地表起伏與湖泊海拔、河道坡度及冰殼厚度，進一步建構內部結構模型。

土衛六的碳氫化合物湖泊集中在該衛星的北極附近，可能是因季節性氣候變遷所造成。其中最大的湖泊是克拉肯海（Kraken Mare），面積比北美洲五大湖區所有湖泊的總和還要大。天文學家想瞭解更多有關這些湖泊的數據，包括地表湖泊是否擁有與地下海洋相連的通道，讓湖泊與地下海洋中的物質可以相互交換。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS

此外，藉由X與Ka波段電波，將可保持與地球間之通訊，而重力測量儀將可進行地下海洋厚度的重力探測。

研究團隊希望能釐清下列問題：土衛六表面的碳氫化合物湖泊是否與地下海洋相互連通？降水在湖泊的化學循環過程扮中演何種角色？河流與沙丘的形成機制為何？冰火山活動是否為大氣中甲烷的主要補充來源？位於平流層高度的冰晶雲，驅動其變化的機制為何？此外，在土衛六地下海洋的海底，是否如同電腦模擬推算存在高壓冰層？

「透鏡」任務若獲實現，將對我們理解土衛六的碳氫循環、大氣動力機制、有機化學過程與地質活動帶來重大突破，並可能啟發對地球上碳氫化合物與生命起源的新思考方向。研究團隊認為：「這類最先端的研究任務或可解開太陽系中最深邃的謎團之一，即碳氫化合物如何產生，甚至瞭解生命從何而來。」

資料來源：Phys.org

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。