一層地毯似的氫氣使提坦變得溫暖起來，縱橫的冰凌覆蓋下的火山，在冰川的心臟噴發著團團氨氣。這一切液態、冰態的財富，支撐著一個帝國，它比水星大，彷彿有點像邃古時代的地球：瀝青般的原野上，點綴著灼熱的礦坑。而我，又多麼想擷取提坦的水呵！那氤氳的天空下，映在櫻桃色霧靄中的大地撲朔迷離；上面靉靆的雲朵，像是漂浮游動的子宮，高聳而又群集，帶著原始的濃羹悄然飄落，生命就等候在它的庇護下誕生。
黛安·阿克曼《行星》
（紐約，莫羅出版社，1976年）
「提坦」（Titan）既不是一個家喻戶曉的名稱，亦不是一個人人皆知的世界。當我們測覽一張熟悉的太陽系天體表時，我們通常很少考慮到它的。但是，最近幾年來，這顆土星的衛星已經作為一個令人感到特別興趣並且對於未來探索具有重大意義的地方而出現在人們面前。根據我們最近對於提坦的研究，揭示出它具有同太陽系中任何天體相比更接近於地球的大氣－－至少就其密度而言是如此。正當我們認真著手探索其它世界的時候，僅此一事實，就足以使它具有新的重要意義。
根據康奈爾大學約瑟夫·維弗卡（Joseph Veverka）和詹姆斯·埃利奧特（James Elliot）等人的最新研究成果表明，提坦除了是土星的最大衛星外，也是太陽系裡最大的衛星－－直徑約5800公里（3600英里）。提坦比水星大，差不多有火星那麼大。然而，它卻沒著圍繞土星的軌道飛行。
通過觀測太陽系外層的兩個主要世界——木星與土星，我們也許可以獲得有關土星本質的一些線索。這二者週身為淺紅色或淺棕色。這即是說，我們從地球上看去其上部雲層主要呈這種顏色。在這兩個行星的大氣和雲層中，有些東西正在強烈地吸收著藍光和紫外光，所以反射回來到我們這裡的光線主要為紅光。事實上，太陽系外層有不少天體都明顯地呈紅色。由於提坦遠離我們8億英里，並且它有一個小於木星的伽利略衛星的角值，因此，我們儘管還沒有取得它的彩色照片，但光電研究揭示出，它實際上是紅色的。考慮過這個問題的天文學家過去曾經相信，提坦之所以呈紅色的原因與火星呈紅色的原因一樣：都是銹色的表面。但提坦呈紅色的原因與木星和土星呈紅色的原因不同，因為我們還沒有看到那些行星的固體表面。
1944年，傑勒德·凱珀（Gerard Kuiper）利用光譜方法探測出提坦周圍有一層甲烷大氣——第一個被發現有大氣層的衛星。此後，觀察到甲烷的這一事實被證實了，得克薩斯州立大學的勞倫斯·特拉夫頓（Lawrence Trafton）還提供了至少具有一定參考意義的證據，表明它上面有分子氫的存在。
由於我們知道能夠產生被觀察到的光譜吸收特徵的氣體的最低量，並且根據它的質量和半徑我們即能得知提坦的表面重力，因此，我們就能推算出最低大氣壓力來。我們發現它像是10毫巴左右，約為地球上大氣壓力的百分之一——超過了火星上的大氣壓力。在太陽系裡，提坦具有最象地球的大氣壓力。。
法國默頓天文臺的奧頓英·多爾夫斯（Audouin Doll-fus）用一台最好的、也是獨一無二的目視望遠鏡對提坦進行了觀測。觀測結果是在大氣穩定瞬間，通過望遠鏡用手描製出來的。根據觀測到的各種片斷資料，多爾夫斯斷定，提擔上正在發生的事情與該衛星的旋轉週期無關（人們認為，提坦總是面向土星的，像我們的月亮總是面向地球一樣）。多爾夫斯猜測，提坦上可能會有雲，至少是一種片狀的雲。
近年來，我們對提坦的認識有多次實質性的量子跳躍。天文學家們已經成功地獲得了各種小天體的偏振曲線。這個概念是，起初是非偏振的陽光落在提坦土，經過反射而成偏振了。偏振現象是通過一個原理上類似於「偏振的」太陽鏡、但比後者更精密、更靈敏的裝置檢測出來的。偏振的總量是在提坦運行到一個小範圍相位——介於「滿」提坦和微「凸」提坦之間時測出的。將測得的偏振曲線與實驗室的偏振曲線進行比較，即可獲得產生偏振效應的物質的體積和成分。
首先對提坦進行佩振效應觀測，是由約瑟夫·維弗卡作的，觀測表明，從提坦上反射回來的陽光，更像是從雲層而不是從固體表面反射回來的。很明顯，提坦的表面和較低層的大氣，我們未能看見；我們所確實見到的是那不透光的雲層和一層重疊著的大氣層，以及在它上面偶爾現出的片狀雲層。由於提坦呈紅色，我們看到的是它的雲層，據此論據推測，提坦上必定有紅色的雲層。
另一項支持這個概念的依據來自環繞軌道飛行的太空觀察室的測量，其結果顯示出，由提坦反射出來的紫外線輻射總量極低。保持提坦紫外光亮度微弱的唯一方法，是在大氣壓高處有吸收紫外線的東西。否則，由大氣分子所致的「瑞利」散射光將使提坦在紫外線中變得明亮（「瑞利」散射，即指藍光優先於紅光的散射，這就是地球上的天空呈藍色的原因）。
但是，吸收紫外光和紫光的物質在反射光中呈紅色。因此，覆蓋提坦的廣闊雲層，有兩條（如果我們相信用手繪製的觀測圖的話，說它是三條也可以）明顯的分界線。這裡的「廣闊」是什麼意思呢？它意味著提坦的上空必定有百分之九十以上的部分有雲層，這樣才能與我們所掌握的偏振數據相吻合。提坦似乎被靉靆的紅色雲層覆蓋著。
1971年，出現了第二次令人驚奇的進展，當時，劍橋大學的D．A．艾倫（D．A．Allen）和明尼蘇達州立大學的T．L．默多克（T．L．Murdock）發現，提坦發射著波長為10∼14微米的紅外線，比我們所估計的太陽熱能的紅外線發射多兩倍。由於提坦太小，它不可能有木星或土星那麼巨大的內能源。唯一的解釋似乎是溫室效應，這種效應使得表面溫度不斷上升，直至慢慢洩漏的紅外輻射與被吸收的可見光輻射量正好平衡為止。正是這種溫室效應，使得地球的表面溫度保持在零度以上以及使金星的表面溫度高達攝氏480度。
但是，是什麼東西造成提坦的溫室效應呢？這不可能像是地球和金星上那樣的二氧化碳和水蒸氣，因為大部分這些氣體在提坦上應當是被凍結了，據我計算的結果，幾百個毫巴的氫氣（地球海平面上的總氣壓為1000毫巴）就可產生足夠的溫室效應。由於這個數字大於觀測到的氫氣量，因此，那裡的雲層對於某些波長短的光線來說無法通過，而對於某些較長的光線則可以穿透。根據國家航空和宇宙航行局艾姆斯研究中心的詹姆斯·波拉克（James Pollack）的計算，幾百個毫巴的甲烷也同樣可以產生足夠的溫室效應，或許還可解釋提坦的紅外線發射光譜的某些細節。如此大量的甲烷也必定是藏在雲層下面。這兩種溫室效應模型都只訴諸於被認為在提坦上存在的氣體；當然，這兩種氣體是會起到一定作用的。
另一種提坦大氣模型，是由普林斯頓大學已故的羅伯特·丹尼爾森（Robert Danielson）和他的一些同事提出的。他們認為，已經觀察到的提坦上部大氣層中存在有諸如乙烷、乙烯和乙炔等少量的簡單碳水化合物，能吸收來自太陽的紫外光線並對上部大氣加溫。所以，我們在紅外線中所見到的是熾熱的上部大氣而不是提坦的表面。根據這個模型，那裡就不會存在神秘的溫暖地表，也不會有溫室效應和幾百毫巴的大氣壓了。
哪一種觀點正確呢？目前誰也不知道。這種情況令人想起二十世紀六十年代初期有關金星的研究，當時已經知道該行星發射的光線溫度很高，但對於那種發射究竟是來自炎熱的表面還是來自炎熱的大氣區，曾經有過（正當的）激烈的爭論。由於無線電電波能穿過一切最稠密的大氣層和雲層，因此，如果我們能掌握該衛星無線電亮度溫度的可靠的測量數據，那麼提坦的問題就可以解決了。康奈爾大學的弗蘭克·布裡格斯（Frank Briggs）利用弗吉尼亞西部格林班克國立射電天文臺的巨型干涉儀，首次作了這樣的測量。布裡格斯發現，提坦表面溫度為－140℃，其誤差幅度為45℃。這個溫度在沒有溫室效應的情況下，預計約為－185℃。因此，布裡格斯的觀察，似乎表明那裡有相當可觀的溫室效應的厚度較大的大氣，但是，測量上出現誤差的可能性仍然很大，致使溫室效應成為零。
此後，另外有兩個射電天文小組觀察出來的數值，與布裡格斯所得的數值相比，有的偏高，有的偏低。較高的溫度數字，高得令人吃驚，甚至接近地球上寒帶的溫度。觀察所得的情況，如同提坦的大氣一樣，似乎是非常含糊不清的。如果我們能用雷達（光學測量可以告訴我們從雲層頂部到另一星球雲層頂部的距離）測出提坦固體表面的面積，問題就可解決。這個問題可能要等「旅行者號」考察組研究的結果，已計劃在1981年發送兩艘精密的宇宙飛船接近提坦——其中一艘將非常靠近它。
我們選擇的無論哪一種模型，都與對紅雲的認識是一致的。但紅雲是由什麼構成的呢？如果我們用甲烷與氫氣造成一種大氣，並給它提供能量，那麼，我們將可以製造出一系列有機化合物，既有簡單的碳氫化合物（象製造丹尼爾森氏大氣上部轉化層所必需的那類碳氫化合物），也有複雜的有機化合物。在我們康奈爾大學實驗室中，比斯恩·卡哈（Bishun Kh－are）和我以模擬方式製造了存在於外層太陽系的這類大氣。我們所合成的複雜有機分子，具有類似於提坦雲層那樣的光學性質。我們認為，有力的證據說明提坦上是有豐富的有機化合物的，並且，大氣中含有簡單的氣體而在它的雲層及表面上則存在著更為複雜的有機物。
與提坦上有大量大氣存在有關的一個問題是，由於重力低，輕質氣體氫必定會拚命往外逸。對此，我能作出的唯一解釋是，那裡的氫處於「平衡狀態」。這就是說，它不斷外逸，但又不斷從某種內源——很可能是火山——得到補充。提坦的密度是如此之低，以致它的內部必定幾乎全都由冰組成的。我們可以把它視為一顆由甲烷、氨和冰水組成的巨大彗星。那裡也必定有少量放射性元素的混合物，它們衰變著並使它們周圍的環境變熱。熱的傳導問題，已由馬薩諸塞理工學院的約翰·劉易斯（John Lewis）解決了。很清楚，提坦內靠近表面的部分會呈粘稠狀。甲烷、氨和水蒸氣從內部逃逸出來，並且被太陽的紫外線分裂而同時產生大氣氫和雲層有機化合物。那裡的表面，可能有由冰而不是岩石構成的火山，它們偶爾噴發出液態冰流而非液態岩石——一種流動的甲烷、氨的熔漿，也許還有水。
所有這類氫氣的外逸，還帶來另一個後果。大氣分子從提坦外逸速度，通常不如從土星外逸速度大。因此，正如康奈爾大學的托馬斯·麥克多諾（Thomas McDonough）和已故的尼爾·布賴斯（Neil Brice）所指出的，從提坦流失的氫，將形成一種圍繞土星的擴散性氫環或氫圈。這是一種非常有意義的預斷，首先是針對提坦提出來的，但對其它衛星也可能適用。「先驅者10號」已經探測到了在木衛二附近有一個這樣的氫環圍繞著木星。當「先驅者11號」和「旅行者1號」、「2號」飛臨提坦時，他們也許能探測出提坦的環來。
提坦將是外層太陽系中最容易探索的天體。類似木衛二或小行星這樣無大氣的世界，存在著一個著陸問題，因為我們無法利用大氣來制動。類似木星與土星的巨大世界，則有一個相反的問題：因重力而產生的加速度是如此之大，以及大氣厚度的增加是如此之快，以致很難設計一種進入時不至焚燬的大氣探測器。然而，提坦卻有足夠稠密的大氣和足夠低度的重力。如果它的距離再近一些的話，我們今天也許已經往那裡發射探測火箭了。
提坦是一個可愛的、難以捉摸和具有啟示性的世界，我們突然認識到它是可以探索的；通過用宇宙飛船的靠近飛行，以確定它總的球面參數以及搜尋雲層的裂口；通過將探測器發射進去以獲取紅雲和不得而知的大氣樣品；以及用登陸方式去考察那個與我們所知道的天體皆不相同的表面。提坦給我們提供了研究各種有機化學的絕妙機會，可能正是這種有機化學才導致了地球生命的誕生。儘管它的溫度低，但提坦上有生物存在，決不是不可能的。它的表面地質學，可能在整個太陽系中是獨一無二的。提坦正在等待著……
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