1月16日,美国物理学家组织网报道,法国国家科学研究中心的两位科学家构建出了一个可模拟土卫六大气环境的计算机模型,并确定土卫六具有两个不同的大气边界层,比此前预想的更接近地球的大气构成。相关研究报告发表在近期出版的《自然-地球科学》杂志上。
土卫六是土星的六颗卫星之一,体积约为地球的两倍,但它距太阳的距离却比地球远9倍,因此它的温度更低,约为零下180摄氏度。长期以来,土卫六一直吸引着科学家的目光,因为它是目前太阳系内唯一已知的,具有稠密大气层的卫星,学界都期望能够在它上面找到某些形式的生命。而三架发往该区域的宇宙飞船所提供的信息,更引起了科学家对于这颗卫星的诸多猜测。它们分别为发射于1981年的旅行者1号,2004年的卡西尼号和2005年发射的、最终登陆土卫六表面的惠更斯探测器。尽管三架飞船收集了大量数据,但科学家仍不能很好地了解土卫六的大气环境。其十分粘稠,以至于很难观测到低层对流层到底处于什么状况。
为了弄清楚这一事实,研究人员融合三架飞船收集的数据,包括化学组成、沙丘运动以及风速测量和云的形成等,构建出了一种新型三维计算机模型。在进行模拟时,研究团队清晰地发现土卫六的大气至少具有一个对流边界层,这部分被表面的摩擦和热等因素所影响,其高度可升至800米。此外,他们也找到了由大气环流季节性变化而形成的第二个边界层的证据,其深度可达2000米。
这些发现令人倍感意外,由于土卫六和太阳的遥远距离,其被设想为只能在表层聚集极少的热量,从而制约了大气边界层可能的影响。而计算机模型表明,其他的组成部分可能也在发挥作用。但这些都不能说明土卫六上极可能存在着生命,却能为科学家拨开迷雾,使其更了解土卫六大气层的内部运作和温度构造等。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1038/ngeo1374
PMC:
PMID:
Two boundary layers in Titan’s lower troposphere inferred from a climate model
Benjamin Charnay & Sébastien Lebonnois
Saturn’s moon Titan has a dense atmosphere, but its thermal structure is poorly known. Conflicting information has been gathered on the nature, extent and evolution of Titan’s planetary boundary layer—the layer of the atmosphere that is influenced by the surface—from radio-occultation observations by the Voyager 1 spacecraft and the Cassini orbiter, measurements by the Huygens probe and by dune-spacing analyses. Specifically, initial analyses of the Huygens data suggested a boundary layer of 300 m depth with no diurnal evolution, incompatible with alternative estimates of 2–3 km (refs ). Here we use a three-dimensional general circulation model, albeit not explicitly simulating the methane cycle, to analyse the dynamics leading to the thermal profile of Titan’s lowermost atmosphere. In our simulations, a convective boundary layer develops in the course of the day, rising to an altitude of 800 m. In addition, a seasonal boundary of 2 km depth is produced by the reversal of the Hadley cell at the equinox, with a dramatic impact on atmospheric circulation. We interpret fog that had been discovered at Titan’s south pole earlier as boundary layer clouds. We conclude that Titan’s troposphere is well structured, featuring two boundary layers that control wind patterns, dune spacing and cloud formation at low altitudes.