地球上最壮观的沙丘可以在最古老的沙漠中找到，它是非洲西南部5500万年历史的纳米布沙漠，那里被风吹起的沙堆高出周围景观100多米。那里的沙丘是古老风的记忆，被数万年前流经该地区的空气扭曲成几千年的风向标。

纳米布沙丘的壮观在我们的星球上可能是无与伦比的，但在太阳系里却不是。美国宇航局的卡西尼号轨道飞行器在10亿公里外的雷达成像中发现了大小和形状相似的风雕刻沙丘。它们蜿蜒穿过土卫六的赤道沙漠，土卫六是土星最大的卫星，也是我们太阳系中唯一拥有大量大气层的卫星。然而，这些沙丘奇怪地倾斜着。它们指向东方，与月球盛行风的预期完全相反，大气环流模型认为月球盛行风必须向西吹。现在，一些科学家提出了一种令人震惊的解决方案:它们可能不仅由风雕刻，还由静电力雕刻。也就是说，靠静电附着。研究结果发表在3月27日的《自然地球科学》杂志上。

“为什么土卫六的沙丘看起来逆风而行?”研究报告的合著者、佐治亚理工学院的研究生乔治·麦克唐纳问道。“一种解释是，如果沙子是粘性的，大部分时间不会从风中移动，这就是你所期望的，如果沙子带电，静电带电并聚集在一起。”他补充说:“事实证明，土卫六的沙子应该非常容易以一种独特的方式充电。”在这种情况下，只有土卫六上最快的风——由于土卫六大气的巨大季节性变化，可能周期性地向相反方向吹来的暴风雨——才能塑造沙丘。了解了这些动态，行星科学家们就可以更好地研究土卫六的沙丘，把它们作为长期的风向标，把这颗卫星数千年来的气候波动模式拼凑起来。

静电神奇

地球上的沙子也很粘——通常是湿的，这对在海边建过沙堡的人来说很熟悉。地球上的沙子也会带电，特别是当它们被沙尘暴或火山柱吹到高空时。持续的空中碰撞产生摩擦，并在颗粒之间建立静电荷，经常以闪电的形式放电。

在土卫六上，情况完全不同。像地球一样，它有一个厚厚的氮气弥漫的大气层，被雨水冲刷过的表面上雕刻着河流、峡谷和海洋。但土卫六接收到的阳光只有地球的1%，平均温度为零下179摄氏度，空气干燥，充满了烟雾状的有机雾霾。它的“岩石”是水冰，雨水是由寒冷凝结的甲烷和乙烷等碳氢化合物。人们认为，土卫六沙丘上冻结的碳氢化合物“沙”是由地球上樟脑丸和塑料飘散的低密度挥发性蒸汽组成的。土卫六的重力也较低。事实证明，所有这些都是在风吹的翻滚的颗粒中积聚巨大电荷的完美配方，并形成了极其脆弱的沙丘——或者是几个月都不会倒塌的长寿沙堡。“这将是类固醇上的静电电荷，”合著者、佐治亚理工学院地球和大气科学教授乔·杜费克说。

“想象一下，在一个寒冷的日子里打开一个亚马逊的盒子，看到里面装满了那些烦人的塑料包装花生。想象一下，你的猫进了盒子，盒子上粘满了花生。这就是泰坦上的碳氢化合物砂所发生的事情——这种我们在地球上通常不会想到的力量可能会以一种不太直观的方式对那里的景观产生重大影响。”

土卫六拥有带电沙子的想法并不新鲜，在科学文献和其他地方已经出现了十多年。研究报告的合著者、美国宇航局喷气推进实验室行星冰组的科学家迈克·马拉斯卡2007年以泰坦为主题的诗中有这样一个异想天开的片段:“甲烷天空;乙烷细雨。表面由有机碎屑制成。塑料的沙丘，太奇妙了。让我们获得粘性和静电。”但还没有人对这个想法进行过有力的测试。

管子里的泰坦

乔治理工学院的另一名研究生乔希·门德斯(Josh Mendez)就是这么做的。门德斯、麦克唐纳和同事们将加压氮气泵入一个涂有碳氢化合物的小管中。然后，他们在其中翻滚和旋转聚苯乙烯、联苯、萘和其他碳氢化合物的微小颗粒，观察这些物质在模拟土卫六大气和较低重力的条件下碰撞、带电和聚集。每次运行后，他们将粒子倾倒出试管，并通过一个设备来测量粒子累积的单个静电荷。

研究结果表明，土卫六沙丘中静止的沙子应该至少比地球上的沙子抗风能力强一个数量级，甚至可能强得多。实验是在室温下进行的，使用统一的颗粒类型和大小，但之前的研究表明，较低的温度和不同的颗粒大小和组成可以放大静电电荷。该小组希望在低温下进行进一步的实验，并计划进行计算机模拟，研究大量不同的粒子如何聚集在一起形成更大的结构。杜菲克说:“我们还没有真正从宏观上理解这一点。”“数百万或数十亿种不同的颗粒如何与这种(电荷)相互作用是棘手的。电荷越强，保持电荷的时间越长，你可以建造的结构就越大，但我们不知道确切的大小或形态。”

研究结果还揭示了土卫六上的沙子最初是如何形成的。从雷达图像上的深色来看，这些沙丘被认为是碳氢化合物，这意味着它们可能不是由月球水基基岩的侵蚀和破碎产生的。但是，在土卫六空气中的微小烟雾颗粒之间也可能发生静电电荷，使这些颗粒聚集在一起，生长并沉淀到土卫六表面。这意味着土卫六上的电碳氢化合物“沙子”可能更准确地被称为雪。杜菲克说:“在地球上，它就像倾盆大雨，但从未融化，形成粘稠的、持久的漂移。”

然而，其他专家警告说，仅仅根据沙丘的远程图像和地球上的实验室实验就得出土卫六的沙子通电的结论还为时过早。杨百翰大学(Brigham Young University)的行星科学家贾尼·拉德博(Jani Radebaugh)没有参与这项研究，他说，这些结果值得注意，因为它们代表着研究土星卫星表面的一大步。拉德博说:“对颗粒进行静电充电会使事情变得复杂。”“我怀疑这可能并不比我们没有正确的模型更复杂——地表风只是朝着与我们想象相反的方向吹。但进入实验室并使用这些奇异的材料很可能是更好地理解土卫六上的过程的垫脚石。”

约翰霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家拉尔夫·洛伦兹(Ralph Lorenz)也没有参与这项研究，他同意在我们了解土卫六的奥秘之前需要做更多的工作。他说:“静电电荷在最终控制土卫六上沙子的移动方面可能非常重要，特别是在沙丘方向和(风)之间的关系方面。”即便如此，他说，对于这些背向的沙丘，还有其他的解释，很大程度上取决于它们究竟是由什么组成的，以及土卫六风的速度和方向。洛伦兹说:“要知道需要什么样的风才能让土卫六上的沙子移动，你真的需要去那里。”

棘手的情况

2005年，卡西尼号轨道飞行器将小型着陆器惠更斯号投放到土卫六的大气层中，在那里，微型航天器展开降落伞，降落到土卫六表面。但惠更斯号降落在干燥的河床上，而不是沙丘附近，而且只工作了很短的一段时间就被寒冷打败了。美国宇航局目前正在等待行星科学家的正式提案，作为该机构“新边疆”计划的一部分，前往土卫六的任务。洛伦兹是研究这一计划的众多专家之一，他们希望在不久的将来对土卫六的表面进行更彻底的探索。他的无人机名为蜻蜓(Dragonfly)，是一种四轴飞行器风格的无人机，可以在土卫六的地形上跳跃和飞行，以调查沙丘等。然而，如果土卫六的沙丘像这项最新研究显示的那样带电，接近它们可能是个坏主意。

杜菲克说:“我们知道，灰尘在火星上是一个问题，它覆盖在着陆器和漫游者的太阳能电池板上。”“在土卫六上，情况可能更糟。如果你降落在一个有很多粒子的区域，它们会非常有效地粘在任何金属表面上，并在那里停留很长一段时间。说这将造成困难是轻描淡写的。需要清晰视场的仪器——相机、质谱仪等等——可能会瘫痪。”

洛伦兹反驳说，土卫六上的电沙不会成为表面探索的绊脚石。“这是航天器设计的一个基本原则，你必须加强电子设备以防止静电放电，”他说。“现在，我们显然要注意风沙可能带来的侵蚀或沉积问题，但这是或多或少熟悉的事情。惠更斯号探测器降落在土卫六表面，并没有立即因为粘在上面的东西而变黑....任何时候去一个陌生的环境，都必须小心谨慎，但我们并不担心。“*

尽管如此，这项最新的工作还是让门德斯和麦克唐纳重新考虑他们和许多其他行星科学家曾经确信的事情——土卫六是地球的近亲，但温度很低。“卡西尼号传回的数据确实给人留下了类似地球的印象——土卫六有厚厚的大气层、湖泊、沙丘、山脉，也许还有火山，”麦克唐纳说。“但如果你往深处看，就会发现它根本不像地球。”

门德斯补充说:“我们从这个实验中真正得到的是泰坦对人类的毒性。”“我们在通风柜下翻滚的萘和联苯让我们头疼——我们故意选择了泰坦上可能存在的一些最安全、最无害的东西来研究。这种东西摸起来有毒;呼吸是有毒的。你不会想住在那里的。”

*编者按(4/6/17):在发布后增加了一段话，反映了关于泰坦表面勘探静电砂潜在风险的持续争论。