土星最大的卫星泰坦的未解之谜之一是其碳氢化合物湖泊有时会暂时变得光滑，这种状态有时会持续数天或数周。行星地质学家提出了两种可能的解释来解释这种光滑性。
第一个是缺乏波浪。也许泰坦上的风不足以驱动湖面上的波浪。在没有波浪的地方，湖泊几乎是平坦的，高低差不超过几毫米，这就是为什么这些区域在雷达图像中显得如此明亮。
这似乎不太可能，因为泰坦上的天气似乎比这更具风力。
海绵状雪
第二个解释是，湖泊支撑着某种“魔法岛屿”，它们以某种方式漂浮在液体表面。这些岛屿必须由在大气中形成然后聚集在湖面上的固体冰组成。
但这似乎也不太可能，因为泰坦上的冰比构成湖泊的液体更稠密。所以这些冰应该会下沉（不像在地球上，水冰比液态水密度小，所以会漂浮）。
行星天文学家需要新的见解来打破这种理论僵局。
现在，得益于圣安东尼奥德克萨斯大学的Xinting Yu及其同事的研究，他们有了答案。他们表示，只要冰以一种特殊的、海绵状的方式形成，它就可以在泰坦上漂浮。
天文学家们早就知道，泰坦在太阳系中以其浓厚的氮气和甲烷大气层而独树一帜，其大气层比地球厚约60%，并且表面有湖泊。
甲烷的一个有趣特征是它很容易被阳光分解。天文学家认为，这种分解导致泰坦大气层中发生复杂的光化学反应，产物会相互反应以及与氮气反应。
因此，Yu及其同事首先列出了所有可能以这种方式形成的常见简单冰。他们列出了十种固体，从较大的烷烃和烯烃（如丙烷和乙烯）到腈类（如氰化氢）等。
其中大多数物质会以固体的形式形成，然后必须以一种光化学烟雾的形式降落到地表。在干燥的表面上，它们会随着时间的推移缓慢积累，形成层，天文学家可以用来测定陨石坑的年龄。
Yu及其同事调查的问题是，当这些冰落入液体时会发生什么。
该团队首先计算了这些冰的密度，并将其与湖泊液体的密度进行了比较。果然，所有固体冰都比湖泊液体稠密，因此应该沉到底部，形成沉积层。
然后，该团队研究了可能使冰漂浮的机制。一种可能性是，泰坦上的冰不是以固体块状形成，而是更像地球上的雪花。这一点很重要，因为雪花的孔隙率使其密度远低于冰本身，在某些情况下密度会降低高达90%。
如果泰坦上的冰以雪花或其他海绵状结构的形式形成，那么它们的密度可能低于液体。在这种情况下，它们就会漂浮。
但能漂浮多久？要与观测证据相符，这些海绵状结构必须漂浮数小时甚至数周。
这很有问题。当多孔物质落入液体时，孔隙会被液体填充。Yu及其同事计算出，对于在泰坦上形成的冰来说，这种情况应该在几秒钟内发生。如果是这样，它们就不可能形成漂浮数天或数周的魔法岛。
但还有另一种可能性。也许海绵状冰形成时具有封闭的孔隙而不是开放的孔隙。在这种情况下，孔隙会填充得更慢，冰可以漂浮更长时间。
岩石筏
这听起来并非不太可能。在地球上，一种名为浮石的多孔火山岩经常形成漂浮在海面上的岩石筏，可以漂浮数周或数月。这种岩石比水稠密得多，但其封闭的孔隙系统使其漂浮。“在这种情况下，决定浮石漂浮时间尺度的物理过程是气体扩散而不是水渗透，”该团队表示。
泰坦上可能也在发生类似的事情。如果是这样，那么冰必须形成相对较大的海绵状结构——至少毫米大小——并具有足够的孔隙率来实现这一点。但如何做到这一点尚不清楚。
尽管如此，Yu及其同事认为这是解释泰坦神秘雷达反射的最可能解释。“毫米大小及以上颗粒的孔隙率引起的漂浮是解释泰坦瞬时雷达亮“魔法岛”的唯一合理漂浮固体机制，”他们说。
这项有趣的研究为我们提供了对泰坦环境复杂性的一些见解。这里显然还有很多需要学习的地方。Yu及其同事的研究纯属理论性质，结果需要得到实验室的证实和重现。创造出泰坦式的雪将是一个激动人心的目标。
然后，还有可能从月球本身收集更多细节。
美国宇航局目前正在研制一项名为“蜻蜓”（Dragonfly）的任务——一架配备先进传感器的直升机，将探索泰坦。蜻蜓号预计将于2034年抵达。它无疑是值得等待的，并且可能有助于证实——或反驳——Yu及其同事关于泰坦海绵状雪和魔法岛的观点。
参考：泰坦表面简单有机物的命运：理论视角： arxiv.org/abs/2401.02640
