它是土星最大的衛星，它是地球之外唯一一顆有湖海、會下雨的天體

航空航天土星地球 NASA 太陽系 haibaraemily 2018-12-01

土星最大的衛星，土衛六泰坦（Titan），是目前太陽系中已知的唯一一顆擁有稠密大氣層和液態海洋的衛星。它的表面到底長什麼樣子？

馳騁土星系13年，直到去年才光榮退役的卡西尼號為我們揭開了土衛六神祕的面紗。

土衛六在可見光和近紅外波段下長這樣，不能說對地形毫無貢獻，但只能說是霧裡看花…貢獻有限吧…來源：NASA

值得特別注意的是，正因為土衛六被稠密的大氣層所覆蓋，所以對軌道器而言，儘管可見光和近紅外波段的光學影像對識別地貌（尤其是識別湖）也有一定的輔助作用，但精確探測表面信息（尤其是探測地形信息）主要還是得靠雷達，這點和當年麥哲倫號對金星的探測非常像（惠更斯號著陸器可以近距離觀測表面，但這點覆蓋率忽略不計）。

1、基本地貌

卡西尼號截止到2015年6月的成果。來源：NASA

整體而言最顯眼的是赤道一帶的亮區和暗區，其中香格里拉暗區是惠更斯號的著陸地。土衛六上幾乎所有的山也都在赤道區域。

土衛六表面地貌的命名非常之混亂，混雜了各種神話和傳說故事，挑幾個和中國有關的：

Shangri-La ：香格里拉暗區，來自James Hilton的小說《失落的地平線》；

Xanadu：上都亮區，元朝首都，來自18世紀英國詩人柯勒律治（Samuel Taylor Coleridge）的詩中所描述的傳說中忽必烈的宮殿所在之處。土衛六上最大的一塊亮區；

Ching-Tu：淨土暗區，來自中國佛教；

Tui Regio：兌區域。當初的命名者誤以為這是中國代表“快樂，愉悅和水”的神的名字，其實來自八卦中的兌卦。此處由熔岩流的侵蝕痕跡，可能有冰火山。

2、湖和海

早在1995年，哈勃望遠鏡的觀測結果就表明土衛六表面很可能有液態的甲烷存在，這一預測被2004年抵達土星的卡西尼號所證實。

卡西尼號拍攝的麗姬亞海(Ligeia Mare) 來源：NASA

卡西尼號和惠更斯號發現，土衛六表面有著大量以甲烷為等液態的碳氫化合物（下面我們都用甲烷代表）的湖和海，有著甲烷的循環，會下甲烷雨，有著液態物質沖刷過的類似河道一樣的痕跡——總之就是把水換成甲烷的話，土衛六和地球非常相似。

惠更斯號著陸器拍攝的土衛六表面的“河道”。來源：NASA

土衛六的甲烷循環。來源：NASA

土衛六的湖和海幾乎全部位於南北極70°以上，目前已有80個湖（Lacus）和3個海（Mare）得到國際天文聯合會IAU正式命名。

土衛六上主要的湖和海（暗黑色區域）(Hayes et al., 2017 Figure S1)

3、連通的海洋，統一的海水面，土衛六也有海拔

在地球和行星上山的高度是怎麼測量的？裡我曾經介紹過，“海拔”這種東西可是咱們地球的專屬——因為只有表面有大量而穩定的液態物質分佈的天體才能用海拔這種“高級”的方式來衡量高程。

出於實際的需要，我們對地球引入了一個不規則的參考面作為高程起始面，這個參考面上的重力位處處相同——這就是所謂的“大地水準面”。因為地球上的海洋相互連通，所以海水自動就會穩定地保持這樣一個不規則的形狀，不會發生大範圍的高低流動（波浪之類的小尺度擾動不算），於是這個統一的海平面就成了地球上萬事萬物天然的高程參考面，以這個參考面為起點測量的高度就是我們日常所說的“海拔”了。

地球的海水面是天然的大地水準面，也是天然的高程起算面。左圖來自水印，已獲作者授權。

而對卡西尼號雷達探測獲取的最新地形數據發現，1) 土衛六幾個海面上的重力位也是相同的，2) 高處乾涸的盆地底部的高度高於附近的湖/海面，表明土衛六的大型“水域”是相互連通的，這些“水面”可以作為土衛六天然的海拔高程起始面。此外，也有一些小型水域的水平面明顯高於附近的平均海水面，表明這些區域是完全孤立的，和主水域並不連通(Hayes et al., 2017)。

4、最新的土衛六地形圖：告一段落

從2004年開始，卡西尼號的雷達測高觀測就沒停過，每次路過土衛六（重力助推）的時候都要順便測那麼一圈半圈的。

雷達測高一圈一圈掃過（測量）的條帶長這樣。覆蓋率嘛…還是挺低的。來源：NASA

2017年4月22日，卡西尼號最後一次（第127次）飛掠土衛六（獲得重力助推），也順便用雷達看了看這顆天體最後一眼。

並用測高模式測量了麗姬亞海(Ligeia Mare)一帶的“水下”地形。

卡西尼號的最後一次土衛六地形測量。來源：NASA

直到去年（2017年）9月15日，卡西尼號結束任務墜入土星大氣層，這場整個土星系內曠時13年的觀測才終於告一段落。

近日，康奈爾大學團隊公佈了一份最新的土衛六海拔高程圖(Corlies et al., 2017)，算是對“卡西尼號的土衛六地形測量”這個課題做了最後的總結和收尾，在下一個土衛六探測器成功觀測之前，這將在接下來很長一段時間內都是史上最新、覆蓋率最高、分辨率最高的土衛六高程地形圖。

最新的土衛六地形圖，參考面為土衛六海水面所在的大地水準面，分辨率1°×1°(Corlies et al., 2017 Figure 2)

參考

Cassini Explores a Methane Sea on Titan：

https://www.nasa.gov/feature/jpl/cassini-explores-a-methane-sea-on-titan

Map of Titan with Labeled Features：

https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA20713

IAU-Titan：

https://planetarynames.wr.usgs.gov/nomenclature/SearchResults;jsessionid=4C706A4DCA7BBFED361E54E7C80406DF

Cassini Finds Saturn Moon Has 'Sea Level' Like Earth：https://www.nasa.gov/feature/jpl/cassini-finds-saturn-moon-has-sea-level-like-earth

Saturn's moon Titan sports Earth-like features：https://news.cornell.edu/stories/2018/01/saturns-moon-titan-sports-earth-features

High resolution camera for mapping Titan Surface：https://trs.jpl.nasa.gov/handle/2014/42259

Lorenz, R. D., Stiles, B. W., Aharonson, O., Lucas, A., Hayes, A. G., Kirk, R. L., ... & Barnes, J. W. (2013). A global topographic map of Titan.Icarus,225(1), 367-377.

Iess, L., Rappaport, N. J., Jacobson, R. A., Racioppa, P., Stevenson, D. J., Tortora, P., ... & Asmar, S. W. (2010). Gravity field, shape, and moment of inertia of Titan.Science,327(5971), 1367-1369.

Hayes, A. G., Birch, S. P. D., Dietrich, W. E., Howard, A. D., Kirk, R. L., Poggiali, V., ... & Malaska, M. J. (2017). Topographic constraints on the evolution and connectivity of Titan's lacustrine basins.Geophysical Research Letters,44(23).

Corlies, P., Hayes, A. G., Birch, S. P. D., Lorenz, R., Stiles, B. W., Kirk, R., ... & Iess, L. (2017). Titan's Topography and Shape at the End of the Cassini Mission.Geophysical Research Letters,44(23).