土卫六湖泊

根据卡西尼号数据，科学家于2008年2月13日宣布，土卫六极地湖泊中蕴藏的“天然气和其他液态碳氢化合物数百倍于地球上所有已知的石油和天然气储量”；赤道沿线的沙丘虽然没有暴露的液体，但其有机物含量却超过了地球上全部的煤炭储量[18]；据估计，土卫六可见湖泊和海洋中所含石油储量约为地球上已探明储量的300倍[19]。2008年6月，卡西尼号可见光和红外测绘光谱仪毫无疑问地证实了土卫六南半球一座湖泊中存在液态乙烷[20]。目前这些湖泊中确切的碳氢化合物混合成分尚不清楚，但根据计算机模型显示，平均四分之三的极地湖泊为含有10%甲烷、7%丙烷及少量氰化氢、丁烷、氮和氩气的乙烷湖[21]。预计苯会像雪一样飘落并迅速溶解在湖泊中，尽管湖泊可能会饱和，就像地球上饱含盐分的死海一样。多余的苯会在湖岸和湖底堆积成淤泥，最终被乙烷雨侵蚀，形成复杂的洞窟地貌[22]，预计也会形成由氨和乙炔组成的盐状化合物[23]。但是，土卫六湖泊的化学成分和物理特性可能会因湖而异（2013年卡西尼号的观测表明，丽姬亚海充满甲烷、乙烷和氮气的三元混合物，因此探测器上的雷达信号能够探测到液面以下170米（557.9英尺）的海底[24]。

当北方湖泊从冬季黑夜中出现时，卡西尼号最初没有探测到波浪（计算表明，低于1米每秒（2.2英里/小时）的风速应该会在土卫六乙烷湖中激起可探测到的波浪，但并未观察到任何波浪），这可能是由于季风风速较低或碳氢化合物凝固所造成。固体甲烷表面（接近熔点）的光学性质与液体表面非常接近，但粘度更大，即使接近熔点也高出液体数个量级，这也解释了表面异常光滑的原因[25]。固态甲烷的密度比液态大，所以最终会下沉，但由于可能含有大气中氮气的气泡，甲烷冰会漂浮一段时间[26]。接近甲烷冰点（90.4开尔文/华氏-296.95度）温度时，可能会产生浮冰和冰下沉 - 即液体上方的碳氢化合物冰壳和湖底的碳氢化合物冰块，预计冰块在春季开始融化前会再次浮到表面。

自2014年以来，卡西尼号在克拉肯海、丽姬亚海和蓬加海检测到瞬态特征。实验室模拟表明，这些特征（例如雷达明亮的“魔法岛”）[27]可能是湖泊中溶解的氮快速释放所产生的大片气泡。据预测，当湖泊变冷而随后又变暖或当富含甲烷的流体与富含乙烷的流体因暴雨而混合时，就会发生气泡爆发事件[28][29]。气泡破裂事件也可能影响了土卫六河流三角洲的形成[29]。另一种解释是卡西尼号可见光和红外测绘光谱仪近红外数据中的瞬态特征可能由所风驱动，以~0.7米/秒(1.5 mph)流速和~1.5 厘米 (1/2") 高度移动的表面张力波（涟漪）[30][31][32]。后来对卡西尼号可见光和红外测绘光谱仪数据的分析表明，潮汐流也可能是克拉肯海狭窄海峡(Freta) 中形成持久性波浪的原因[32]。

2017年，预计通过蒸发、降雨以及20米/秒（72公里/小时或45英里/小时）的强风所形成的气旋最多只在北部大型海区（克拉肯海、丽姬亚海和蓬加海）上空持续了十天左右时间[33]。然而，2017年对2007年至2015年卡西尼号数据的分析表明，这三片海区产生的波浪较小，约只有1厘米（25/64英寸）高和20厘米（8英寸）长。研究结果对将初夏视为土卫六多风季的开始提出了质疑，因为强风应该会产生更大的波浪[34]。2019年的一项理论研究结论是，降落在土卫六湖泊上相对密集的气溶胶可能具有液体排斥性，在湖面形成了一层持久的薄膜，从而抑制了波长大于数厘米的波浪形成[35]。

土卫六碳氢化合物海洋反射的太阳近红外辐射。

2008年12月21日，当卡西尼号从安大略湖上空1900公里（1180英里）处掠过时，雷达观测到了镜面反射。信号比预期要强得多，使探测器的接收器曾产生饱和。从反射强度得出的结论是，在仅100米（328英尺）宽的首个菲涅耳反射区上，湖面液位变化不超过3毫米（1/8英寸）（比地球上任何自然干燥的表面都要平整）。由此推测，该地区在此季节的地面风最小，并/或湖中液体比预期的更粘稠 [36][37]。

2009年7月8日，卡西尼号可见光和红外测绘光谱仪(VIMS) 在北半球北纬71度、西经337度 （页面存档备份，存于）的液体区域观察到5微米的红外光镜面反射。这被描述为发生在克拉肯海的南部海岸线上[38]，但在雷达-可见光和红外测绘光谱组合图上，该位置显示为一座单独的湖泊（后命名为镜泊湖）。这次观测是在北极地区走出漫长的15年冬夜后不久进行的。由于反射液体位于极地，观测相位角需要接近180°[39]。

2005年1月14日，惠更斯号探测器在土卫六赤道附近着陆，在此的发现与极地区形成了鲜明的对比，探测器在下降过程中拍摄的图像显示没有出现液体区，但强烈表明最近存在过液体，苍白的山丘表面布满纵横交错的溢道，流向一处宽阔平坦的黑色区域。起初认为该黑色区域可能是一座由液体或至少是焦油状物质构成的湖泊，但现在很清楚惠更斯号所降落的黑色区域为没有任何液体迹象的固体地表。贯入仪研究了探测器所触及地表的成分，最初报道称，其表面类似于湿粘土，或像焦糖布丁（即覆盖着粘性物质的硬壳）。随后的数据分析表明，这一读数可能是惠更斯号落地时挪动了一块大卵石所致。因而，将其描述为冰粒“沙滩”更恰当[40]。探测器着陆后拍摄的图像显示，这是一片散布着鹅卵石的平坦平原，鹅卵石可能由水冰形成，圆润的外形表明曾受到过流体作用[41]。温度计显示，惠更斯探测器的热量消失很快，地面一定变得很潮湿，一幅图像显示了滴落在相机镜头上的露珠反光。在土卫六上，微弱的阳光每年只能蒸发约1厘米的液体（地球上为1米的水），但在降雨形成前，大气层可吸纳相当于10米（28英尺）的液体（地球上仅为2厘米[25/32英寸]）。因此，预计土卫六的天气会出现降水量达数米（15-20英寸）的倾盆大雨，并引发暴洪，期间间隔着数十或数百年的干旱期（而地球上典型的天气在大多数星期中都会有小雨）[42]。卡西尼号自2004年来只观测到过一次赤道暴雨，尽管如此，在2012年还是意外发现了许多长期存在的热带碳氢化合物湖[43]（包括香格里拉地区惠更斯登陆点附近的一座湖泊，面积约为犹他州大盐湖的一半，深度至少为1米[3.4英尺]）。与地球上一样，供源可能来自地下含水层，换言之，土卫六干旱的赤道地区包含有“绿洲”[44]。

环绕堤岸的土卫六湖泊
(艺术想象图)

丽姬亚海的演变特征

土卫六大气环流的振荡模型表明，在一个土星年期间，液体从赤道区被输送到两极，在那里通过降雨回到地面，这可能就是赤道地区相对干燥的原因[45]。根据计算机模型显示，土卫六春分和秋分期间，通常无雨的赤道地区会发生强烈的暴雨，有足够的液体冲刷出惠更斯号发现的那些流道[46]。该模型还预测，来自太阳的能量将会蒸发土卫六表面的液态甲烷，但极地区除外，那里相对缺乏阳光，使得液态甲烷更容易积聚到永久性湖泊中。该模型显然也解释了为何北半球拥有更多的湖泊。由于土星轨道的偏心率，土卫六北方夏季时间比南方更长，因此，北方的雨季时间也更长。

然而，卡西尼号最近的观测（2013年）表明，地质学也可以解释湖泊的地理分布和其他地表特征。土卫六上一个令人费解的特征是两极和中纬度地区都没有撞击坑，尤其是低海拔地区，这些区域可能是由地下乙烷和甲烷泉形成的湿地[47]。因此，任何由撞击形成的陨石坑都将很快被潮湿的沉积物淹没。而地下含水层的存在则可解释另一个谜团，土卫六大气层中充满了甲烷，根据计算，甲烷将与太阳紫外线发生反应，生成液态乙烷。随着时间的推移，该卫星应已形成了数百米（1500-2500英尺）深的乙烷海洋，而不仅仅只有少数几座极地湖泊。湿地的存在表明乙烷已渗入到地下，形成一层类似地球上地下水的地下液体层。一种可能是，被称为笼形复合物的形成改变了进入地下碳氢化合物“含水层”的降雨径流化学成分。这一过程导致形成会流入进一些河流和湖泊的地下丙烷和乙烷层。地下发生的化学变化会影响土卫六的表面，由地下丙烷或乙烷层泉水补给的湖泊和河流将显示出相同的成分，而由降雨补给的湖泊和河流则不同，且含有大量的甲烷[48]。

除了3%的土卫六湖泊外，其他所有湖泊都位于北极附近约900×1800公里（559×1118英里）的明亮地形单元内。这里发现的湖泊具有非常独特的形状—圆形复杂的轮廓和陡峭的侧面，表明地壳变形产生了可注满液体的裂缝。现已提出了多种形成解释机制，从冰火山喷发后的地表崩塌到喀斯特地形，在那里液体溶解了可溶冰[49]。而边缘陡峭（高达数百英尺）的较小湖泊（方圆数十英里）则可能类似于火山湖，即随后被液体注满的爆炸坑。这些爆炸被认为是由气候波动引起，气候波动导致液氮在更冷时期积聚在地壳内，然后在变暖汽化时急骤膨胀而爆炸[50][51][52]。