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標 題: [摘錄]「泰坦」上的彩虹
發信站: 銘傳築夢別境 (Sun Mar 20 21:48:54 2005)
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歐洲太空總署的「惠更斯號探測船」，在登陸「土衛六泰坦」的下降過程中，
對「泰坦」的地表進行拍照。拍到許多類似水道，海灘和看似島嶼的照片。最
後，「惠更斯號探測船」以螺旋型的狀態降落到泥沼中。
我們可以用一句話來對這次發現的結果做個總結，那就是「泰坦的地表是潮濕
的」。
對於這樣的結果，荷蘭天文學家惠更斯也許並不會感到多麼驚訝。早在西元1698
年，「惠更斯號探測船」離開地球的三百年前，這位荷蘭天文學家寫下了這樣一
段話：『既然確定了地球和木星上擁有水和雲，沒有理由認為其他行星上沒有水
和雲。我沒有辦法肯定它們與地球上的「水」和「雲」是相同的，但它們必定如
液體一般，所以是可以流動的；必定清澈，才能展現如此的美麗。由於離太陽太
遠的關係，地球上的水，如果存在木星和土星上，必定是被凍結的。但無論行星
的溫度如何，所有的行星都必定存在有它自己的「水」。』
歐洲太空總署會以「惠更斯」來命名這艘探測船，是因為於1655年發現「泰坦」
的就是荷蘭天文學家惠更斯，雖然當時所發現的「泰坦」在望遠鏡裡只是一個小
光點。惠更斯雖然看不到「泰坦」上落雨的雲層，或是被河水侵蝕的山谷，但還
是富於想像的幫「泰坦」加上了這些景物。泰坦上的「水」其實是液態的甲烷(CH4)
，在地球上一般稱為天然氣。而由於「泰坦」上的溫度低到只有攝氏零下180度左
右，因而地球上的水(H2O)在泰坦上會被凍結成固體，但是甲烷在「泰坦」上並不
會被凍結，而是以液態存在。
亞利桑那州立大學的Jonathan Lunine和它的同事都認為「惠更斯號探測船」降落
在和亞利桑那州一樣大小的乾燥地區，這個區域雖然乾燥，但是應該有一個短暫卻
水量豐沛的雨季。Jonathan Lunine教授說『靠近「惠更斯號探測船」的水道目前
似乎是乾的。但他相信不久前那邊一定有液體存在過，散落在登陸地點附近的小石
頭為科學家的推測提供了很好的佐證。那些石頭的表面就像地球上河川裡的石頭一
樣光滑，而且位於一處似乎被洪水沖積過的窪地裡。』
『造成這些現象的原因應該是雨，這表示泰坦大氣非常的潮濕，但成分卻是甲烷。
』Jonathan Lunine教授說「沒有人知道泰坦多久下一次甲烷雨，但每當下雨的時
候，比地球大氣中還多上數倍的水氣，絕對能讓你沖一個痛快的澡。』
一位大氣光學專家 (Atmospheric Optics expert) Les Cowley說：『下雨後，泰
坦大氣也許和地球一樣會出現彩虹。因為產生彩虹的因素「陽光和液滴」泰坦上都
有。地球上的彩虹是由於水滴折射陽光造成的。每一個水滴就像稜鏡一樣能把光分
開成一連串的彩色光譜。在泰坦上，甲烷液滴跟水滴一樣透明，所以當陽光被甲烷
液滴折射後，也有可能會產生彩虹，正如惠更斯的文章中所寫到，「必定清澈，才
能展現如此的美麗。由於甲烷液滴的折射率（1.29）和水滴的折射率（1.33）不同
，甲烷造成的彩虹（張角49°）可能會大於由水所造成的彩虹（張角42.5°），但
是彩虹顏色的順序則是會相同，藍色在內側，紅色在外側，另外還帶點少許泰坦橙
色天空所造成的橙色色調。彩虹形成需要陽光直接照射，但泰坦的天空卻是朦朧的
。所以要在泰坦上看到清晰的彩虹是很難的，如果在紅外光波段看的話，可能會比
較常見。』
美國太空總署的噴氣動力實驗室的Bob West教授說，『卡西尼號太空船為什麼要在
紅外線波段觀測泰坦呢？原因就是紅外線比較能夠透入陰霾的大氣來。換句話說，
紅外波段的太陽光會比較容易穿透灰矇矇的泰坦大氣，並且產生彩虹，而最好的觀
測工具就是紅外線夜視眼鏡。』
上面描述的液態甲烷的各項性質都跟液態水很像，但實情卻不然。
首先，液態甲烷的密度只有水的一半。這意味著，生活在泰坦上的造船技師必須要
考慮到，船要如何在這種密度比液體水密度還要低的液體中航行，泰坦上的船必須
要有特別減輕船重的方法，才能在液態甲烷上航行。液態甲烷同時也具有較低的黏
滯性和較低的表面張力。表面張力讓水具有像橡膠一樣的彈力，讓水黽能夠在水面
上移動。假如水黽搬到泰坦的液態甲烷上，則會沉入液體。
另一點：泰坦上的重力只有地球的七分之一，船的螺旋槳在液態甲烷中則需要額外
的加寬才能推動更多的液體來前進。船體也需要必須以特別的物質來製造，才能抵
抗泰坦低溫的狀態，而不會碎裂。那麼液態甲烷的海浪看起來又是如何呢？ John
Zarnecki和Nadeem Ghafoor計算了在泰坦上可能發生的海浪狀況，估計高度大約是
地球上海浪的7倍高，速度大約是比地球上的海浪要慢3倍。
同時，液態甲烷是種易燃物質。由於泰坦大氣含有極少的氧氣，所以並不會容易著
火。假如有一天參訪者參訪泰坦，他們必須小心他們的氧氣筒和抵抗想要用水把火
熄掉的慾望。
所有的一切現象都還是科學家的推論，真實的世界還有待我們更近一不的探測。
參考資料來源：Rainbows on Titan, 2005.03.01；轉載自中研院天文網
* 轉載自臺北天文館網站
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