土星最大的卫星，土卫六泰坦（Titan），是目前太阳系中已知的唯一一颗拥有稠密大气层和液态海洋的卫星。它的表面到底长什么样子？

驰骋土星系13年，直到去年才光荣退役的卡西尼号为我们揭开了土卫六神秘的面纱。

土卫六在可见光和近红外波段下长这样，不能说对地形毫无贡献，但只能说是雾里看花…贡献有限吧…来源：NASA

值得特别注意的是，正因为土卫六被稠密的大气层所覆盖，所以对轨道器而言，尽管可见光和近红外波段的光学影像对识别地貌（尤其是识别湖）也有一定的辅助作用，但精确探测表面信息（尤其是探测地形信息）主要还是得靠雷达，这点和当年麦哲伦号对金星的探测非常像（惠更斯号着陆器可以近距离观测表面，但这点覆盖率忽略不计）。

1、基本地貌

卡西尼号截止到2015年6月的成果。来源：NASA

整体而言最显眼的是赤道一带的亮区和暗区，其中香格里拉暗区是惠更斯号的着陆地。土卫六上几乎所有的山也都在赤道区域。

土卫六表面地貌的命名非常之混乱，混杂了各种神话和传说故事，挑几个和中国有关的：

Shangri-La ：香格里拉暗区，来自James Hilton的小说《失落的地平线》；

Xanadu：上都亮区，元朝首都，来自18世纪英国诗人柯勒律治（Samuel Taylor Coleridge）的诗中所描述的传说中忽必烈的宫殿所在之处。土卫六上最大的一块亮区；

Ching-Tu：净土暗区，来自中国佛教；

Tui Regio：兑区域。当初的命名者误以为这是中国代表“快乐，愉悦和水”的神的名字，其实来自八卦中的兑卦☱。此处由熔岩流的侵蚀痕迹，可能有冰火山。

2、湖和海

早在1995年，哈勃望远镜的观测结果就表明土卫六表面很可能有液态的甲烷存在，这一预测被2004年抵达土星的卡西尼号所证实。

卡西尼号拍摄的丽姬亚海(Ligeia Mare) 来源：NASA

卡西尼号和惠更斯号发现，土卫六表面有着大量以甲烷为等液态的碳氢化合物（下面我们都用甲烷代表）的湖和海，有着甲烷的循环，会下甲烷雨，有着液态物质冲刷过的类似河道一样的痕迹——总之就是把水换成甲烷的话，土卫六和地球非常相似。

惠更斯号着陆器拍摄的土卫六表面的“河道”。 来源：NASA

土卫六的甲烷循环。来源：NASA

土卫六的湖和海几乎全部位于南北极70°以上，目前已有80个湖（Lacus）和3个海（Mare）得到国际天文联合会IAU正式命名。

土卫六上主要的湖和海（暗黑色 区域）(Hayes et al., 2017 Figure S1)

3、连通的海洋，统一的海水面，土卫六也有海拔

在地球和行星上山的高度是怎么测量的？里我曾经介绍过，“海拔”这种东西可是咱们地球的专属——因为只有表面有大量而稳定的液态物质分布的天体才能用海拔这种“高级”的方式来衡量高程。

出于实际的需要，我们对地球引入了一个不规则的参考面作为高程起始面，这个参考面上的重力位处处相同——这就是所谓的“大地水准面”。因为地球上的海洋相互连通，所以海水自动就会稳定地保持这样一个不规则的形状，不会发生大范围的高低流动（波浪之类的小尺度扰动不算），于是这个统一的海平面就成了地球上万事万物天然的高程参考面，以这个参考面为起点测量的高度就是我们日常所说的“海拔”了。

地球的海水面是天然的大地水准面，也是天然的高程起算面。左图来自水印，已获作者授权。

而对卡西尼号雷达探测获取的最新地形数据发现，1) 土卫六几个海面上的重力位也是相同的，2) 高处干涸的盆地底部的高度高于附近的湖/海面，表明土卫六的大型“水域”是相互连通的，这些“水面”可以作为土卫六天然的海拔高程起始面。此外，也有一些小型水域的水平面明显高于附近的平均海水面，表明这些区域是完全孤立的，和主水域并不连通 (Hayes et al., 2017)。

4、最新的土卫六地形图：告一段落

从2004年开始，卡西尼号的雷达测高观测就没停过，每次路过土卫六（重力助推）的时候都要顺便测那么一圈半圈的。

雷达测高一圈一圈扫过（测量）的条带长这样。覆盖率嘛…还是挺低的。来源：NASA

2017年4月22日，卡西尼号最后一次（第127次）飞掠土卫六（获得重力助推），也顺便用雷达看了看这颗天体最后一眼。

并用测高模式测量了丽姬亚海(Ligeia Mare)一带的“水下”地形。

卡西尼号的最后一次土卫六地形测量。 来源：NASA

直到去年（2017年）9月15日，卡西尼号结束任务坠入土星大气层，这场整个土星系内旷时13年的观测才终于告一段落。

近日，康奈尔大学团队公布了一份最新的土卫六海拔高程图 (Corlies et al., 2017)，算是对“卡西尼号的土卫六地形测量”这个课题做了最后的总结和收尾，在下一个土卫六探测器成功观测之前，这将在接下来很长一段时间内都是史上最新、覆盖率最高、分辨率最高的土卫六高程地形图。

最新的土卫六地形图，参考面为土卫六海水面所在的大地水准面，分辨率1°×1°(Corlies et al., 2017 Figure 2)

关于作者：灰原哀博士（haibaraemily），从事行星科学研究。

参考

• Cassini Explores a Methane Sea on Titan：

       https://www.nasa.gov/feature/jpl/cassini-explores-a-methane-sea-on-titan

• Map of Titan with Labeled Features：

  https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA20713
  

• IAU-Titan：

  https://planetarynames.wr.usgs.gov/nomenclature/SearchResults;jsessionid=4C706A4DCA7BBFED361E54E7C80406DF
  

• Cassini Finds Saturn Moon Has 'Sea Level' Like Earth：https://www.nasa.gov/feature/jpl/cassini-finds-saturn-moon-has-sea-level-like-earth

• Saturn's moon Titan sports Earth-like features：https://news.cornell.edu/stories/2018/01/saturns-moon-titan-sports-earth-features

• High resolution camera for mapping Titan Surface：https://trs.jpl.nasa.gov/handle/2014/42259

• Lorenz, R. D., Stiles, B. W., Aharonson, O., Lucas, A., Hayes, A. G., Kirk, R. L., ... & Barnes, J. W. (2013). A global topographic map of Titan. Icarus, 225(1), 367-377.

• Iess, L., Rappaport, N. J., Jacobson, R. A., Racioppa, P., Stevenson, D. J., Tortora, P., ... & As mar, S. W. (2010). Gravity field, shape, and moment of inertia of Titan. Science, 327(5971), 1367-1369.

• Hayes, A. G., Birch, S. P. D., Dietrich, W. E., Howard, A. D., Kirk, R. L., Poggiali, V., ... & Malaska, M. J. (2017). Topographic constraints on the evolution and connectivity of Titan's lacustrine basins. Geophysical Research Letters, 44(23).

• Corlies, P., Hayes, A. G., Birch, S. P. D., Lorenz, R., Stiles, B. W., Kirk, R., ... & Iess, L. (2017). Titan's Topography and Shape at the End of the Cassini Mission. Geophysical Research Letters, 44(23).