卡西尼号揭秘土星大家庭

作者: 张天蓉

来源: 知识分子

发布日期: 2016-11-21

卡西尼号探测器揭示了土星及其卫星的许多秘密,包括土星环的结构、土卫六的大气成分、土卫五的大气成分和环带系统,以及土星北极的六边形风暴。这些发现不仅增加了我们对土星大家庭的理解,也激发了科学家们对太阳系外侧天体的探索兴趣。

卡西尼号于2004年10月6号所拍摄的土星照片。来源:NASA。物理学家惠更斯的名字大家听得多了,流传最广的的应该是光学中的惠更斯原理,将波动的传播过程,诸如反射、折射、衍射等,用次波的包络来分析和解释,简洁明了,直观而形象。

实际上,荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens,1629年-1695年),在天文观察中有不少重要的发现,特别是他用自制望远镜对土星的观测功劳不小:他发现了土星最大的卫星土卫六,以及继伽利略发现土星有“耳朵”之后,第一次正确地用“圆盘形状”来描述这个独特而美丽的光环。

多美尼科·卡西尼(Domenico Cassini,1625年-1712年)是另一位勤于观察土星的法国天文学家。卡西尼对木星也有研究,与胡克同时第一次观察到木星表面的大红斑。他发现了木星赤道旋转得比两极快,这是一种后来被称为“较差自转”的现象。

对土星而言,卡西尼发现了土星四个较大的卫星,还将土星光环看得比惠更斯更清楚,他发现土星环不仅仅是个“圆盘”,盘中还有一条暗缝,后人以他的名字命名这条缝为“卡西尼缝”。

卡西尼和惠更斯是同时代的人物,生前互相认识但不见得有密切的交往,几百年之后的科学家们却将他们“绑在一起”组成了一个卡西尼-惠更斯号,开启了野心勃勃的土星探测计划。对地球人来说,土星从来就颇具神秘感:与木星类似,离地球远远的,有一个众多天然卫星的大家庭。但木星好像比较活泼,土星却像一个宁静美丽、“环带”绕身的女神,漂浮在比木星更为遥远的天际。

1997年,卡西尼-惠更斯号土星探测器从美国弗罗里达升空,这是人类迄今为止发射的规模最大、复杂程度最高的行星探测器,多国合作,耗资巨大,设计十年,计划周密。卡西尼-惠更斯号升空后走过了7年的漫漫长途,绕过金星、地球、和木星,获得多次“引力助推”,于2004年7月终于到达土星周围。

卡西尼号还发现,在这颗被浓雾环绕的卫星厚厚的冰壳之下,拥有一个晃动着的全球性海洋。从土卫六表面拍摄到的流动着的液态沟渠,造成的陡峭峡谷颇似美国亚利桑那州沿科罗拉多河一带的风光。土卫六拥有许多与地球相似的地质过程。这些过程产生了甲烷雨,它们冲刷出河道,形成了湖泊和海洋,其中积蓄着液态的甲烷和乙烷。

卡西尼号对土卫五有两个惊人的发现:一是它的大气的主要成分是氧气和二氧化碳,两者的比例约为5∶2。与地球相比,土卫五的大气非常稀薄,但无论如何,这是首次在地球以外的星球上发现存在以氧气为主的大气。对土卫五的第二个有趣的发现是它拥有一个稀薄的环带(丽亚环),由三条密度较高的细环带构成,这也是人类首次在星系的卫星中卫星环带系统,但丽亚环非常稀薄,尚未从照片影像证实。

土星以神奇的光环著称。旅行者号又发现它另一个非常鲜明的特点。在土星的北极,存在一个超级风暴圈。卡西尼号探测器传回的图像显示了这个风暴的诡异之处——这个超级风暴与地球的圆形风暴不同,呈现的是六边形。

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