土卫六的甲烷是怎么形成的？

土卫六上的甲烷，基本上不是在土卫六成为星球之后才形成的，而是当初形成土卫六的原料中就有大量的甲烷。

甲烷在宇宙中是一种相当常见的物质，在那些最终可能形成恒星及其行星、卫星系统的星云中是普遍存在的。

宇宙中的元素，主要是氢（大约占 3/4）和氦（大约占 1/4），其余成分相对氢和氦是非常少的，在这少量的元素中，相对较多的依次是：氧、碳、氖、氮、镁、硅、铁、硫……

在星云中，物质的密度其实是非常低的，比人类在地球上制造的真空密度还要低，因此这些元素的原子并没有太多的机会遇到另一个原子从而形成分子，多数都是以单原子存在。而在一些附近存在强烈辐射源的星云中，元素甚至以电离的核与自由的电子的形态（等离子态）存在（参见维基百科：电离氢区）。

尽管密度如此之低，但由于数量极其巨大，所以总会有一些原子找到了“另一半”，结合成分子。从宇宙元素的丰度可以显而易见地知道，宇宙中最普遍的分子必定是 H2；氦是独身主义者，它不会与其它原子结合。

含量第三的元素是氧，很显然，由于氧的含量比氢低太多，所以它要么孑然一身，要么遇到一个氢原子，形成 HO（羟基），或者再遇到一个氢原子，形成水，而一个氧原子遇到另一个氧原子形成氧分子的概率微乎其微（为什么要说氧分子？看到后面就会明白）。

同样，碳元素的分子也基本上是以碳氢化合物为主，比如甲烷。基本上很少有 CO2 这样的分子存在于星云中。

这是星云还没有坍缩的情况，一旦星云开始坍缩，步入恒星 / 行星 / 卫星系统形成的进程，由于密度越来越高，分子形成会大大加速，基本上，在星球形成之前，所有可以形成分子的原子都已经形成分子了。

有人会问，既然星球形成之前密度越来越高，而且形成过程中由于收缩温度会非常高，那么多甲烷为什么不会烧掉？其实看了前面关于氧分子那一段就能明白，氧原子基本上都被消耗在形成水上面了，在星球形成的全过程基本上没有游离氧原子或氧分子存在，形成星球（行星、卫星）的原料，大部分都是氢分子、氦原子以及各种氢的化合物，例如水、甲烷、氨，等等。

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比较大型并且离母恒星较远的行星，例如木星、土星，由于自身引力强大、逃逸速度高，且表面温度低，基本上能保有形成时的各种原料成分。我们目前看到的木星和土星依然是以氢和氦为主要成分的星球。

较小的或离母星很近的天体（类地行星、卫星），由于引力弱，或者温度高，其上的氢、氦会被很快剥离，只留下相对较重的元素或分子。

水星非常小，离太阳还最近，基本上所有气体都被太阳风吹走了，所以水星没有大气层。

在金星上，由于质量不够大而又正好离太阳较近，加上强烈的温室效应导致温度奇高，并且正好金星自转太慢又不能形成磁场，所以不但氢氦被剥离殆尽，连相对较轻的气体分子例如水、甲烷、氨等也都几乎被全部吹走。所以金星虽然拥有浓密的大气层，却是个极端干燥的世界。

火星，质量大约只有地球的 10%，虽然温度不高但没有磁场的保护，所以火星也无法保有甲烷和水。

地球情况就相对复杂一些。首先地球在类地行星中质量最大，对气体的吸引力也大一些；其次地球有很强的磁场保护层；第三，地球的温度和大气压力，正好使大部分的水处于液体状态，所以地球能保有大量的水。而甲烷呢？因为沸点太低，在地球的温度和气压下始终是气态，所以仍然会有较高的流失率；不仅甲烷会流失，在宇宙中含量丰富的氖，在地球上会成为稀有气体，而在宇宙中相对少得多的氩却在地球大气中比氖的含量高了成百上千倍，主要就是因为氖原子太轻而氩原子要重得多。

另一方面，即使地球大气的甲烷没有流失完，那么地球由于绿色植物制造了大量的氧气，那么高浓度的甲烷也会很快被氧化掉。太阳系中其它行星和小天体基本上都是还原环境，唯有地球却是氧化环境。

从类地行星的分析可知，影响行星、卫星大气成分的主要因素有：质量、温度、磁场等等，而地球上的氧化环境是特例，不能用到其它星球上。

现在回到土卫六。土卫六是太阳系第二大卫星，比水星还要大一些，但仍然是一个很小的天体；土卫六离太阳平均距离约 9.5 天文单位，表面温度平均 93.7

K

(−179.5

°C

)；土卫六自身没有磁场，但其运行轨道大部分都位于土星的磁场内，因此能得到较好的保护。综合以上情况，土卫六能够保有浓密的大气层，但形成星球的原始材料中的主要成分氢和氦难以保留，而水、甲烷、氨等却能很好的保留下来。

在土卫六的温度和大气压下，甲烷正好处于沸点附近，所以土卫六上既有浓密的甲烷大气层，也有液体的甲烷湖。而在这个温度下，水和氨已经冻成像石头一样坚硬了，所以土卫六上的岩石很可能是由水和氨构成的。

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补充：题主增加了补充问题，我也就补充说点吧。

先简单说说构成星云各种成分的比例（数据有较大不确定性）。

高度电离的粒子（主要是电离氢和双电离氦，即质子和α粒子）：30%~70%；

电离的氢、单电离的氦：20%~50%；

氢原子及氦原子：10%~25%；

氢分子：<1%；

其它分子：痕量。

至于宇宙中有哪些有机物，维基百科有详细的星际分子列表：

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%98%9F%E9%9A%9B%E5%88%86%E5%AD%90%E5%88%97%E8%A1%A8

。

这份列表可能已经包含了宇宙中除地球外绝大多数的分子种类，至于太阳系中其它行星或卫星上是否存有星云中不存在的分子，我没有见过相关研究报告，无法列出。