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泰坦之湖

Ellen Stofan(83届)以行星地质学家的身份谈论生命

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. 艾伦·斯托芬(83岁)讲述了她作为行星地质学家的经历。
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. 艾伦·斯托芬(83岁)讲述了她作为行星地质学家的经历。
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. 由卡西尼号飞船的雷达绘图仪获得的泰坦极地湖泊(最暗的区域)的雷达图像。这幅图像的宽度约为500公里。图片来自喷气推进佳博体育和美国宇航局。
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. 由卡西尼号飞船的雷达绘图仪获得的泰坦极地湖泊(最暗的区域)的雷达图像。这幅图像的宽度约为500公里。图片来自喷气推进佳博体育和美国宇航局。
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. 以土星为背景的土卫六。土卫六的直径约为5100公里,被厚厚的大气层所覆盖。卡西尼号航天器窄角相机拍摄的图像。图片来自喷气推进佳博体育和美国宇航局。
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. 以土星为背景的土卫六。土卫六的直径约为5100公里,被厚厚的大气层所覆盖。卡西尼号航天器窄角相机拍摄的图像。图片来自喷气推进佳博体育和美国宇航局。

四月,行星地质学家Ellen Stofan回到了她的母校,谈到了一场风暴——不是普通的风暴,而是一场异常寒冷的风暴,在这场风暴中,液态甲烷取代了雨水,雨水落在像岩石一样坚硬的冰面上。

甲烷暴雨、喷出水-氨混合物的冰火山,以及关于乙烷冰川的争论,都只是人们对土卫六(土星的卫星之一)奇特地质机制逐渐了解的一部分。这位1983年的毕业生在一次向地质学教师和学生的演讲中谈到,土星轨道上的卡西尼号宇宙飞船的雷达探测揭示了土卫六上的奇怪情况。

两位地质学名誉教授——斯蒂芬·克莱门特和杰拉尔德·约翰逊——来听他们以前的学生讲课。“看到他们在那里,我感到非常兴奋。我已经好几年没见过他们了。”她的老教授的出现使她紧张了吗?“有一点,”她笑着说。“总是有‘你是学生,他们是教授’之类的事情。但主要还是很高兴看到他们在那里。”

斯托凡是发表在《自然》杂志上的一项关于土卫六地质研究的主要作者。她继续评估从卡西尼号轨道飞行器发回的土卫六表面扫描图。卫星表面的描绘是基于将地球地质原理应用于从卡西尼号和其他来源收到的数据,特别是从卡西尼号发射到土卫六表面的惠更斯探测器。

她说,科学家对泰坦特别感兴趣,因为它是一个“前生物世界”,其化学成分以有机化合物为基础,最终可能产生氨基酸。最初,研究人员预计会发现一个坑坑洼洼的表面,其中大部分都充满了液态甲烷,甚至可能是一个全球性的甲烷/乙烷海洋。

她解释说:“在大气中检测到甲烷,大气中存在甲烷必须从地表或地下的某种来源补充。”当惠更斯号着陆器着陆时,它撞击的是斯托凡所说的“cr<s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1>结”表面。“它撞到坚硬的表面,然后压过坚硬的外壳,”她说。“所以我们认为,至少土卫六表面的顶层是相对干燥的,下面有一些潮湿的东西。据推测,让它变得潮湿的是甲烷。”

表面覆盖着小鹅卵石,她说这些小鹅卵石是由水冰构成的。她说:“但你不能把它想象成水冰,而应该把它想象成岩石,因为在90开尔文的温度下,水冰非常坚硬,它的行为或多或少像岩石。”没有全球海洋,但有很多湖泊,包括几个被称为“鲍威尔湖”的湖泊,因为它们看起来很像地球上的水坝水库,加上至少一个比苏必利尔湖更大的“海”。到目前为止,大部分表面都显示出熟悉的特征,包括一些撞击坑,但远没有预期的那么多。“当然,这并不意味着土卫六的表面没有陨石坑,”她说,“但有什么东西抹去了那些陨石坑。”

斯托凡在一个充满科学的家庭中长大。她的父亲在美国国家航空航天局工作,母亲是一名科学教师。“所以从我五六岁的时候起,我就知道我想成为一名科学家,”她说。“最终,我决定成为一名地质学家,部分原因是我母亲在攻读教育学硕士学位时选修了地质学课程。我跟着她去实地考察,我很喜欢!”

她充分利用了父亲在美国国家航空航天局(NASA)的人脉,逐渐意识到,通过将行星研究和地质学结合到一个领域,她可以把头伸到天上,脚伸到地上。

“我问了很多在行星领域工作的人,我应该去哪里读本科学位——我知道我还需要一个博士学位——他们说去一所好的文科学校,接受一个好的、全面的传统地质教育,”她说。“他们中的一位——实际上是布朗大学的前教授——推荐了威廉玛丽学院。”

斯托凡并不总是在远处研究地质学。事实上,众所周知,她计划的家庭度假地点恰好在活火山附近。她说,“当系里还在小大厅的时候”,她就选择了地质学专业,她认为自己丰富多样的本科实地经历帮助她了解了地球的地质学,也了解了不那么普通的地方的地质学。

“我们在阿巴拉契亚山脉做了很多实地工作。我几乎每上一节课,我们都能去弗吉尼亚的某个地方,因为威廉玛丽学院的环境很好,”她在麦格洛思林街礼堂(McGlothlin-Street Hall)发表演讲后接受采访时说。“如果我们研究的是软岩,更多的是沉积岩,我们会去切萨皮克海岸。”

事实证明,对于研究遥远卫星的甲烷表(或甲烷化物)及其与表面众多湖泊和海洋的相互作用的科学家来说,观察大量的陆地构造是必不可少的。此外,土卫六表面上的碳基化合物块状岩石也起到了一定作用。如果地质是奇怪的,那么条件也是奇怪的;斯托凡的研究小组通过卡西尼号雷达通过的卫星表面的细长条纹获取信息。只有训练有素的眼睛才能正确地解读这些特征。

“我有很多人都没有的宝贵经验。例如,在行星地质学领域,很多人都有物理学背景。他们没有地质学背景,更不用说实地经验了,”她说。行星经验也帮助斯托凡了解了古老的陆地地质的秘密。

她说:“当我进入实地研究火山时,我意识到,我在陆地火山的遥感数据中所看到的,实际上只能让你对火山的运作方式有一个有限的了解。”“当你去看火山时,你必须牢记这一点。当你能够去其他星球观察火山时,你就可以把所有的信息放在一起。它允许你说:火山活动作为一个基本过程是如何运作的?就像一个医生只有一个病人。你可能有一些关于人体如何运作的伟大理论,但突然之间,如果你有一百个人,你就会意识到,天哪,也许有些理论过于简化了。”