最新观测结果显示土卫六同温层存在独特冰云

如图所示，这是卡西尼探测器拍摄到土卫六大气层的一个巨大云层系统。

据科学新闻网站报道，目前，卡西尼任务科学家认为，土卫六同温层二氰乙炔冰云的形成可以通过冰晶微粒中的“固态”化学过程进行解释。

二氰乙炔冰云位于土卫六同温层，是由二氰乙炔(C4N2)化合物构成，该物质使土卫六大气层呈现褐橙色。之前美国宇航局“航行者1号”探测器曾观测到类似的冰云，此后科学家提出了置疑：他们仅探测到满足云层凝结不足1%的二氰乙炔气体。

近期卡西尼探测器最新观测发现类似的结果，使用卡西尼合成红外光谱仪(CIRS)，科学家发现大量高空云层是由相同的冰冻二氰乙炔构成。正如之前“旅行者1号”的勘测结果，CIRS光谱仪发现蒸汽形式的二氰乙炔，并证实土卫六同温层像沙漠一样干燥。

CIRS光谱仪研究员、美国宇航局戈达德太空飞行中心凯莉-安德森(Carrie Anderson)博士说：“二氰乙炔冰云与我们知道的土卫六云层形式完全不同，这种形成云层的典型过程涉及到凝结，在地球上我们熟悉水的蒸发和凝结循环，同样地土卫六对流层也存在着类似的循环，而是甲烷代替水。”

在土卫六冬季南北极的同温层出现不同凝结过程，同温层位于对流层之上，在这种情况下，伴随着全球性循环模式温暖气体向下运行至极地附近，云层开始出现凝结，当气体穿过逐渐寒冷的极地同温层时它们开始凝结。无论以哪种方式，当气温和压力有利于蒸汽凝结成冰时，云层会逐渐形成。气温和压力控制下，蒸汽和冰达到一个平衡点，由于这个平衡点的存在，科学家能够预测冰存在的位置会有大量蒸汽。

来自戈达德太空飞行中心的罗伯特-桑谬森(Robert Samuelson)博士指出，对于凝结的云层，这种平衡点具有强制性，就像万有引力定律一样。科学家推断称，CIRS光谱仪观测的云层顶部需要100倍以上的蒸汽形成冰云结构。

一种解释认为，早期阶段蒸汽可能存在，但是“旅行者1号”探测器在关键性波长范围勘测灵敏度较差。但当CIRS光谱仪未发现蒸汽，研究人员提出一个完全不同的解释，他们认为C4N2冰的形成是基于基因类似冰晶微粒的反应，这一过程叫做“固态化学过程”，同时该反应涉及到冰，或者形成该化学物质的固态形式。

他们认为第一阶段是形成丙炔腈(HC3N)的冰晶微粒，伴随着这些冰晶微粒向下移动至土卫六同温层，它们将覆盖一层氰化氢(HCN)，在这一阶段，冰晶微粒拥有两种不同化学物质构成的内核和外壳。偶尔紫外线光子接触冷冻外壳，并在冰晶微粒上发生一系列化学反应，这些反应可在内核或者外壳处进行，均可形成二氰乙炔冰和氢。

研究人员指出，这种云层固态化学反应过程可能存在于地球极地臭氧枯竭的云层。安德森说：“这是一项令人兴奋的研究，我们发现土卫六和地球可能存在类似的固态化学反应过程。”目前，这项最新研究报告发表在《地球物理学研究快报》上。