美国宇航局的卡西尼号探测器拍摄了这张俯瞰土星卫星泰坦北极的图像。（图片来源：美国宇航局/JPL/空间科学研究所）尽管相隔数十亿英里并受到截然不同的环境影响，土星雾气弥漫的卫星泰坦和矮行星冥王星在表面上几乎没有共同点。泰坦是一个地质活动频繁的世界，笼罩在比地球更浓厚的氛围中，其景观由液态甲烷的海洋和从天空降落的有机颗粒构成的巨大沙丘所塑造。与此相比，冥王星是一个寒冷的前哨站，稀薄的气氛悬浮在冰冷的冻土表面之上。然而，来自詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）的观察揭示了这两个截然不同的世界在其表面共享相同的、无法解释的红外特征——科学家称这表明尽管存在明显差异，但在这两个世界上可能正在展开相似的化学反应。在一项新研究中详细说明，该特征在泰坦和冥王星的相同红外波长上出现，表明它们在两个世界上以相同的方式吸收光。该信号指向一种未知化合物或相关化合物家族的存在，而科学家们尚未对其进行识别。“这相当神秘，”领导该发现的巴黎天文台行星科学家布鲁诺·贝扎尔告诉Space.com。“我们无法说这是什么。”追踪信号贝扎尔首次在分析2022年11月泰坦的观测时发现了这一无法解释的特征，当时JWST在非常特定、狭窄的波长范围内收集了透过烟雾的红外光，使科学家能够直接穿透本来不透明的气氛。为了理解这束光，研究人员依赖于光谱学，这是一种通过特定波长的光来识别化合物的技术。因为每个分子都会留下独特的光谱指纹，天文学家可以例行识别来自太阳系及更远处的物质，从简单的水冰到复杂的分子。但是，新检测到的特征既与迄今为止编目的一般光谱库不匹配，也不似乎是硬件的偶然现象，研究指出。相同的吸收特征是由两个不同的JWST仪器检测到的——近红外光谱仪（NIRSpec）和中红外仪器（MIRI），排除了仪器伪影的可能性。在未能找到与最简单和最常见的行星冰的光谱指纹匹配之后，贝扎尔想到了另一个具有相似大气化学的世界可能会提供线索。他向同事、领导了JWST于2023年5月观测冥王星项目的法国天文台的埃曼纽尔·勒鲁奇询问：“你在冥王星上是否也有这个特定波长的特征？”贝扎尔在接受Space.com采访时回忆道。“所以我们查了一下，发现那里也存在这个特征。”实证没有证据表明神秘分子是生物特征，贝扎尔说。相反，它可能反映了在泰坦的无氧环境中运作超过40亿年的前生物化学。一个引人注目的可能性是它属于一种称为烯烃的碳氢化合物家族，研究指出，这种化合物是已知的唯一在与神秘信号相同的5微米红外范围内表现出强吸收带的有机化合物。不过，贝扎尔表示，烯烃家族包含许多复杂变化，目前尚未存在完整的光谱。或者，特征可能属于已知分子，其光谱指纹发生了变化，可能是由于它与尚未完全编目的其他行星冰混合。贝扎尔表示：“我们只有最简单的光谱。” “但在这一家族中，可能会发现一种或多种共同存在并导致这种吸收特征的化合物。”无论这种化合物最终证明是什么，他和他的团队相信它是在大气中通过光化学反应形成，随后最终“雪”落到表面。尽管存在明显的差异，泰坦和冥王星的气氛都以氮和甲烷为主。科学家们通过航天器观察和实验室模拟了解到，在这些行星的高层大气中，紫外线阳光将这些分子分解，触发一系列高度活泼的化学片段。这些片段随后重新组合成复杂的有机化合物，其中一些浓缩并降回到下面的表面，JWST就是在这里检测到了它们。有几个不同的证据支持这种大气到表面的转变。首先，研究小组分析了信号在泰坦光盘上的行为。随着JWST从泰坦圆形图像的中心扫描到其外缘或边缘，这一神秘信号逐渐减弱，研究指出。