早在2005年，欧洲空间局的惠更斯号探测器在土星最大卫星泰坦的表面戏剧性地着陆。在穿过其富含氮气的稠密大气层下降时，惠更斯号传回了由熟悉的力塑造的复杂地貌图片。
这些图片显示了丘陵和山谷，蜿蜒的河流汇入复杂的三角洲，最终注入拥有广阔海岸线的湖泊和海洋。泰坦似乎与地球有许多共同之处。
但有一个关键区别。水通过侵蚀、冰川作用等方式在塑造地球表面方面发挥着巨大作用。这是因为条件完美平衡，使其能够同时以液态、固态和气态形式存在，即所谓的“三相点”。
但在泰坦上，温度为零下179摄氏度，水是坚硬的冰冻固体。相反，是甲烷塑造了泰坦的表面，雕刻出河流、三角洲和海岸线，因为那里的条件奇特地平衡在甲烷的三相点附近。因此，它以气态存在于大气中，以液态存在于河流和海洋中，并以固态存在于冰中。
飞机上的雨？
所有这些都表明泰坦一定经历了复杂的 Aunque patrones climáticos，伴随着风、雨、雾和我们地球上经历的许多其他气象现象。科学家们非常希望能够模拟这种天气，甚至预测它对地表的影响。但有一个问题。
气象学家早就知道，地球上的海洋和湖泊本身就能影响天气，形成自己的小气候。这是因为水的温度变化比陆地慢。例如，在地球上的大湖区周围，这导致春天更凉爽，秋天更温暖。蒸发还会导致下风方向的降雨量增加。
到目前为止，还没有人模拟过泰坦的湖泊和海洋如何影响其天气。但现在，由于科罗拉多州博尔德西南研究院的奥黛丽·夏丹及其同事的工作，这种情况正在改变，他们首次模拟了泰坦湖泊周围的3D天气模式。他们说：“就像地球上的淡水湖一样，泰坦上的这些甲烷湖可能深刻影响当地气候。”
过去，行星科学家曾试图通过观察二维风模式来衡量湖泊的影响。这项工作表明，大面积的液态水应该会刺激“湖风”，这种风会扩散到陆地上。
但这些模拟忽略了第三维度的作用，这是一个重要因素，因为当暖空气上升时，冷空气会被吸入其后，形成对流单元。
因此，夏丹和她的同事决定利用理想湖泊和月球表面真实湖泊的模型来模拟泰坦上的这些效应。这表明，二维风模型高估了湖风的一些特性，例如它在陆地上移动的范围，并低估了其他特性，例如湖风后面空气的向下运动。
夏丹还模拟了泰坦上的一些特定湖泊，例如一个50公里宽的名为奥奈达湖的湖泊及其周围的其他湖泊，以观察当地天气模式如何相互作用。他们发现，较大的湖泊会产生更强的风，并且它们各自的天气模式可以合并形成一个具有自己复杂天气模式的局部小气候。
月亮薄雾
这些风对大气中的蒸发有重要影响。夏丹估计，湖泊以每年6厘米的速度蒸发（在地球上，这个速度以每年米为单位测量）。研究团队表示：“对泰坦北纬74度春分时几个真实形状的湖泊进行的模拟表明，湖泊的某些部分可能会积累足够的甲烷蒸汽，形成一层薄雾。”
事实上，惠更斯号着陆于湖边的一些图片表明存在薄雾。在一张图片中，甚至有一个露珠。
所有这些与地球上的天气都有显著的相似之处。泰坦的大气比地球稠密，风速较低，因为距离太阳较远，大气中的能量较少。但这项工作和其他工作表明，那里的天气一定很壮观，包括风、雨、雾、雨夹雪、海浪，甚至可能还有彩虹。
显然，关于这颗神秘的卫星还有很多有待了解，其中最重要的一点是所有的甲烷来自何处。这是一个谜，因为它会被阳光分解，因此在太阳系的整个生命周期中都应该已经消失了。然后是泰坦的温度如何在甲烷的三相点上精确平衡的问题——什么样的反馈机制在起作用？最后，在这样一个系统中，在可能达到超导温度的情况下，什么样的复杂性是可能的。
但所有这些都属于未来。与此同时，如果欧洲空间局、美国宇航局或任何其他机构在听，泰坦无疑值得再次访问。
参考文献：湖泊形状和大小对泰坦上湖风和空气-湖泊交换的影响：arxiv.org/abs/2309.07042
