土衛六獨特富氮大氣維持之謎：新實驗揭曉

美國西南研究院（Southwest Research Institute）和卡內基科學研究所（Carnegie Institution for Science）的最新研究指出，在水的存在下，複雜有機物質的加熱過程，可能是土衛六（Titan）大氣中豐富氮氣和甲烷氣體的重要來源。

土衛六大氣中富含的氮氣和甲烷氣體，是這顆衛星的顯著特徵，或許能幫助科學家釐清其起源和演化歷程。（圖片出處：西南研究院）

自1944年被發現以來，土星衛星土衛六的大氣層，其起源、年齡和演化一直困擾著科學家。土衛六大氣層中，氮氣約佔95%，甲烷約佔5% 。

西南研究院的凱莉·米勒博士（Dr. Kelly Miller）表示：「土衛六的直徑雖僅為地球的40%，但其大氣密度卻是地球的1.5倍，即便它的重力比地球小。」

「在土衛六表面行走，感覺會有點像在進行水肺潛水。」

「甲烷的存在對土衛六大氣層的維持至關重要。」

「陽光引發的反應會消耗甲烷，大約3000萬年後甲烷就會消失殆盡，屆時大氣層將會凝結在土衛六表面。」

「科學家認為，必然有內部源頭不斷補充甲烷，否則從地質學角度來看，大氣層的壽命極短。」

在早期的一項研究中，米勒博士及其同事提出了一個理論模型，闡述大氣層多年來可能的形成和補充機制。

他們推測，大量高度複雜的有機物質在土衛六的岩石內部被加熱，釋放出氮氣以及甲烷等碳氣體。

這些氣體隨後滲出到表面，在衛星周圍形成厚厚的大氣層。

研究團隊的新實驗證實了這一理論。實驗中，在高達10千巴的壓力下，將有機物質加熱到250至500攝氏度，以模擬土衛六的內部條件。

實驗產生了足夠數量的二氧化碳和甲烷等碳氣體，足以為土衛六的大氣層提供補充。

這些研究很大程度上基於美國國家航空暨太空總署（NASA）卡西尼－惠更斯號（Cassini-Huygens）太空船任務所獲得的資料。該任務於1997年發射，在2004年至2017年期間對土星系統進行了探索。

研究人員表示：「我們的研究結果顯示，甲烷和二氧化碳都會形成，兩者的比例取決於多種因素，尤其是溫度，此外，水的介電常數以及起始材料中的羰基含量也有一定影響，但程度稍小。」

「如果溫度高於250攝氏度，產生的甲烷足以為土衛六的大氣層提供補充。」

「氮氣主要以氨的形式揮發，其數量足以為土衛六至少50%的大氣氮提供來源。」

「揮發物質相對於起始有機物的同位素特徵，與目前對吸積複雜有機物的性質以及土衛六演化大氣層的限制相符合。」

研究團隊的研究成果發表在《地球化學與宇宙化學學報》（Geochimica et Cosmochimica Acta）期刊上。

（K.E. Miller等人，2025年。在土衛六內部條件下對複雜有機物質進行實驗加熱，證實其對大氣中N₂和CH₄的貢獻。《地球化學與宇宙化學學報》390卷：38 - 56頁；doi: 10.1016/j.gca.2024.12.026 ）