太陽系中的大部分行星都帶有某種大氣層，許多行星具有動態大氣系統。但在太陽系中只有一顆衛星——土星的大型衛星土衛六即泰坦——是有大氣層的。

從2004年到2017年，卡西尼號宇宙飛船在環繞地球的軌道上給我們提供了土星及其光環與衛星的生動影象，這張照片拍攝到了土星光環前的泰坦。這顆衛星朦朧的大氣層使它看起來像一個模糊的球，與土星銳利的光環形成了鮮明的對比。圖片來自NASA/ JPL-加州理工學院 / 空間科學研究所

泰坦是土星最大的衛星，土星是太陽系外的第七顆行星。它也是太陽系中唯一已知有一層薄薄的大氣的衛星，也是除了地球之外，唯一一顆表面有穩定液體的天體。泰坦有一種類似於地球的水文迴圈，液體從天上落下，流過衛星表面再蒸發回雲層。我們對泰坦上的一些天氣現象是很熟悉的，包括沙層暴和季風性降雨。地球大氣層的78％是氮；泰坦的大氣層氮含量則達到了98％。泰坦的氣候受季節變化的影響。所以可以看到在某些方面，與泰坦大氣層比較起來最為相似的，是我們最瞭解的地球大氣層。

但地球與這顆遙遠的土星衛星之間也存在著很多不同，表明我們在泰坦上感受到的天氣會是多麼的陌生和古怪。

泰坦距離太陽比日地距離遠10倍，接收到的太陽能比地球少10倍。它的軌道大致沿著土星的赤道，繞日旋轉傾斜角與土星大致相同。正如地球，土星和泰坦上的季節也由它們的傾斜角形成，這導致了在土星一年中，太陽對木星和泰坦不同半球的影響不同。土星29年環繞太陽一圈；因此，土星的一年相當與29個地球年，而土星和泰坦的一個季節持續了超過7個地球年。

所以泰坦上任何的天氣變化都比地球上慢得多。

泰坦的春分（即當這個衛星的兩個半球接收到的太陽輻射相等）每15年出現一次。泰坦上一個春分是在2009年。多虧了卡西尼號在圖形上的探索，它在2004年到達土星，執行直到2017年，我們才能在2008年見證強烈的風暴越過泰坦，產生像雨一樣落下的煙塵，在泰坦的表面上形成了沙丘的壯觀場面。

大體上，現在認為，泰坦的風，花費一些年份反向變化（類似冬季變更到夏季）之前，每隔12地球年，點對點流動迴圈。

這段動畫基於卡西尼號的視覺和紅外測繪光譜儀在2009年和2010年幾次飛越泰坦時拍攝的影象。這顯示泰坦的赤道附近出現了清晰的亮點，科學家們將其解釋為沙塵暴。這些明亮的光只在很短的時間內可見（從11小時到5個地球周），而且在這段時間之前或之後的影象中都不可見。圖片來自歐洲航天局/美國宇航局/ JPL -加州理工學院/亞利桑那大學。

堆積在沙丘上的煙塵揭示了土衛六表面風的模式。圖片來自美國宇航局/ JPL -加州理工學院/ASI/巴黎大學。

泰坦的冬至也是每15年一次。最近一次是在2017年，為泰坦的北半球帶來了最漫長的夏季，為南半球帶來了最短暫的冬季。美國宇航局為卡西尼號的第二次擴充套件任務制定的目標是讓它在軌道上一直執行直到冬至，也就是2017年的5月，同時觀察土星系統的季節變化。事實上，卡西尼的冬至任務就是卡西尼第二次擴充套件任務的名稱，2017年9月，隨著卡西尼號戲劇性地墜入土星的大氣層而結束。

這就是為何我們知道這麼多泰坦上季節和天氣的資訊！

多虧了卡西尼號，我們瞭解到泰坦的雲層主要由甲烷和乙烷組成，它們都是碳氫化合物。不僅泰坦的雲層是由甲烷組成，泰坦表面的湖泊也由甲烷組成。科學家們相信低溫火山(冰火山)噴發並將甲烷排放到泰坦的大氣中，然後這些甲烷就會隨著雨水從大氣表面傾瀉而下，形成湖泊。

液態甲烷是泰坦天氣和地表侵蝕背後的主導力量。在卡西尼號執行任務時，科學家們看到了泰坦湖泊表面的漣漪和波浪，這表明泰坦的夏天風可能會更大。因為泰坦的質量比地球小，重力比地球弱，所以泰坦湖泊的浪潮會比地球上的浪潮高七倍，而速度慢三倍！

這張近紅外彩色影象顯示了土衛六上的一個烴湖的反射。亮白色區域是湖面上的閃光。圖片上的粉色是薄霧在湖面反射作用下的結果。在反射上方更模糊一點的粉色被用來表明這是在土衛六上看到的一個波浪。因此，第一個海洋表面的波浪在地球外被發現。圖片由NASA、加州理工學院噴氣式推進實驗室、亞利桑那大學、愛達荷大學提供。

泰坦上降雨時，似乎在地表產生一種類似於季風的影響，傾盆大雨形成沖積扇。沖積扇是由水流甚至是冰川沉澱下來的沉積物構成的，大致呈三角形地貌。我們可以在泰坦、地球和火星上看到這些地貌特徵。

然而泰坦上的傾盆大雨非常罕見。在泰坦上一年僅出現一次，相當於地球年的29年出現一次。

在2016年，卡西尼號拍攝到了覆蓋4.6萬平方英里（12萬平方公里）的閃光點，這在之前和後續的照片中都沒有出現過。卡西尼號似乎捕捉到了剛剛落下並流入附近的海妖湖中的液態甲烷雨水。這片湖是卡西尼號在2008年發現的，它是泰坦上最大的表面液體。

泰坦大氣的一個獨特特徵是，結合了雨滴和陽光，它應該偶爾會出現彩虹。因為泰坦上的雨滴是由甲烷構成的，而液態甲烷的折射率與水不同，所以彩虹會比我們在地球上看到的更大。由於泰坦的濃霧，陽光很難穿透大氣層；然而，另一種彩虹實際上更常見：紅外線彩虹。

泰坦上的大氣層在紅外波長下基本清晰可見（這就是為什麼卡西尼號可以很容易地透過它的紅外攝像機看到土衛六的表面特徵）。泰坦的造訪者們可以用夜視鏡看到這些紅外彩虹。

在卡西尼號之前，我們對泰坦的觀測只顯示了它朦朧的大氣層，掩蓋了它的表面和地面上任何可能的活動。這個任務不僅在分析其元素和相互作用時剝離了這一層大氣，而且還向我們展示了大氣對這顆衛星表面的影響。

結論:土衛六是太陽系中唯一一顆有厚厚的大氣層的衛星。它和地球一樣有四季，而且它的迴圈與地球的水迴圈也相似。

作者：Kelly Whitt

FY：Astronomical volunteer team