一支科学团队整合了美国国家航空航天局（NASA）/欧洲航天局（ESA）/加拿大航天局（CSA）詹姆斯·韦布空间望远镜以及凯克二号望远镜的数据，首次发现了土星卫星土卫六北半球存在云对流的证据。土卫六的大部分湖泊和海洋都位于该半球，可能由偶尔的甲烷和乙烷降雨补充水量。韦布还探测到一种关键的含碳分子，有助于深入了解土卫六复杂大气中的化学过程。
土卫六是一个迷人的星球，笼罩在淡黄色的烟雾阴霾中。与地球类似，其大气主要成分是氮气，也有天气变化，包括云与降雨。但与地球不同，地球的天气由水的蒸发和凝结驱动，而寒冷的土卫六存在甲烷（CH4）循环。甲烷从表面蒸发上升至大气，在那里凝结形成甲烷云。偶尔会降下寒冷的油状雨滴，落在像岩石一样坚硬的水冰固体表面。
“土卫六是我们太阳系中唯一像地球一样有天气的地方，它有云，也会向表面降雨，”该研究的主要作者、来自美国马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的康纳·尼克松解释道。
2022年11月和2023年7月，该团队使用韦布和位于地面的双子WM.凯克望远镜中的一台对土卫六进行了观测。这些观测不仅显示了土卫六北半球中高纬度地区（目前该半球处于夏季）的云，还表明这些云似乎随着时间推移上升到更高高度。虽然此前研究已观测到南半球的云对流，但这是首次在北半球发现此类对流的证据。这意义重大，因为土卫六的大部分湖泊和海洋位于北半球，湖泊蒸发是潜在的主要甲烷来源。
在地球上，大气层的最底层，即对流层，延伸至约12公里的高度。然而，在土卫六上，较低的重力使大气层能够扩张，对流层延伸至约45公里。韦布和凯克使用不同的红外滤光片探测土卫六大气的不同深度，使天文学家能够估计云的高度。科学团队观测到数天内云似乎移动到更高高度，尽管他们未能直接看到任何降水发生。
“韦布的观测是在土卫六北半球夏季末期进行的，这是卡西尼 – 惠更斯任务无法观测到的季节，”该研究的共同作者、欧洲航天局的托马斯·科尔内说。“与地面观测相结合，韦布为我们提供了关于土卫六大气的宝贵新见解，我们希望未来通过欧洲航天局可能的土星系统探测任务，能更近距离地研究它。”
尽管土卫六温度极低，约为零下180摄氏度，但因其复杂的有机（含碳）化学过程，它是一个备受天体生物学关注的对象。有机分子是地球上所有生命的基础，在土卫六这样的星球上研究它们，可能有助于科学家理解导致地球上生命起源的过程。
驱动土卫六大部分化学过程的基本成分是甲烷。土卫六大气中的甲烷被阳光或来自土星磁层的高能电子分解，然后与其他分子重新结合，形成乙烷（C2H6）等物质以及更复杂的含碳分子。
韦布的数据为我们理解化学过程提供了关键缺失环节：明确探测到甲基自由基CH3。这种分子（称为“自由基”，因为它有一个未形成化学键的“自由”电子）在甲烷分解时形成。探测到这种物质意味着科学家首次能够看到土卫六上正在进行的化学过程，而不仅仅是起始成分和最终产物。
“我们首次能够看到化学蛋糕在烤箱中膨胀，而不仅仅是面粉和糖这些起始原料，以及最终的糖霜蛋糕，”戈达德太空飞行中心的共同作者斯特凡妮·米拉姆说。
这种碳氢化合物化学过程对土卫六的未来有长期影响。当甲烷在高层大气中分解时，一部分会重新结合形成其他分子，最终以某种化学形式落在土卫六表面，而一些氢则从大气中逃逸。因此，随着时间推移，甲烷将被消耗殆尽，除非有某种来源补充它。
类似过程也曾发生在火星上，水分子被分解，产生的氢逸散到太空中。结果就是我们今天看到的干燥沙漠星球。
“在土卫六上，甲烷是一种可消耗物质。有可能在数十亿年里，它不断从地壳和内部补充并逸出。如果没有补充，最终它将全部消失，土卫六将变成一个几乎没有空气的尘埃和沙丘世界，”康纳说。
这些数据是海蒂·哈梅尔保证时间观测计划研究太阳系的一部分。研究结果发表在《自然·天文学》杂志上。
韦布是有史以来发射到太空的最大、最强大的望远镜。根据一项国际合作协议，欧洲航天局使用阿丽亚娜5号运载火箭为该望远镜提供发射服务。欧洲航天局与合作伙伴合作，负责阿丽亚娜5号为韦布任务进行的适应性开发和鉴定，以及通过阿丽亚娜空间公司采购发射服务。欧洲航天局还提供了主力光谱仪近红外光谱仪（NIRSpec）和50%的中红外仪器（MIRI），该仪器由一组由国家资助的欧洲研究所（MIRI欧洲财团）与喷气推进实验室和亚利桑那大学合作设计和建造。
韦布是美国国家航空航天局、欧洲航天局和加拿大航天局（CSA）的国际合作项目。