“卡西尼号”和土星探测13年
时间:2017-12-07

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  二十年前,美国佛罗里达州一个炎热的早晨,卡西尼号航天器从卡纳维拉尔角发射了飞船,照亮了天空。今天,经过大约35亿公里的旅程和13年左右的土星,轨道器几乎没有燃料遗留下来。 9月15日,卡西尼地球管理员撞上土星云,以防突然爆裂,污染任何可能构想生命的卫星。

  由美国宇航局,欧洲空间局和意大利航天局联合开发的卡西尼号是第一个在土星周围运行的空间探测器。卡西尼不像仙后座,1979年的先驱11,1980年的旅行者1,1981年的旅行者2,卡西尼花更多的时间收集科学数据。在土星周围飞行时,它发现了一系列令人印象深刻的发现,飞越了土星的许多奇怪的卫星。我们花了很长时间等待卡西尼的到来,但这绝对是值得的。美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家琳达·斯皮尔克(Linda Spilker)说,它有许多令人难以置信的成就,我们引以为荣。

  卡西尼揭示了形成土星环的混乱动力,发现了从土卫二喷发的间歇泉,并观察到巨大的风暴正在搅动着土星的气氛。据观察,土星年近一半的季节变化首先是分点,然后是到达,这改变了天气模式。在整个卡西尼的整个生命周期中,土星已经变得不那么陌生,并证明自己是一个动态的星球,举行一个持久的变化。太空探测器成为了解气态巨行星的复杂性的试金石,美国航空航天局的朱诺航天器正在继续传说木星。

  当卡西尼作为第一艘航天飞机惠更斯探测器被释放到外太阳系外时,又一次创造了历史。 2005年,在泰坦表面上惊心动魄的两个半小时之后,惠更斯拍摄了冰盖的平原炽热的岩石快照,卡西尼随后的勘探证实,泰坦是一个充满碳氢化合物湖泊和河流的世界,甲烷和乙烷雨提供它。

  然而,由于没有官方计划在短期内返回土星,9月15日标志着一个时代的结束。

  多颗卫星研究

  当卡西尼对土星60多颗卫星进行研究时,它带来了许多惊喜,并同时提出了许多问题。

  当研究人员发现一颗巨大的物质从土星的另一颗卫星“巨人九号”中出来时,他们终于破解了土星的黑色之谜,因为它的黑色一面,欧洲卫星似乎已经获得了阴阳的面孔。穿过泰坦九世的遗体,在卡西尼的科学家关于泰坦充满了围绕轴心的火山口研究,他们意识到世界可能有一个埋藏的海洋或一个细长的核心。

  对土星最小的卫星的观测,从来没有见过这样奇特的形状,惠更斯就像一块海绵,泰坦像一个太空饺子,后者的特点是很久以前有一个巨大的陨石坑的影响。

  然而,最令人惊讶的是来自泰坦和厄立特里亚。在土星最大的卫星土卫二上,卡西尼发现了一个与地球相似的复杂化学反应的世界,距离泰坦表面上的惠更斯还有72分钟的时间,电池驱动的着陆器捕获了冰冻的岩石景观在橙色阴霾。卡西尼使用雷达和其他设备从上方绘制卫星图,发现巨大的水冰沙覆盖着碳氢化合物釉。液态甲烷和乙烷就像雨滴一样,形成含有碳氢化合物的河流和湖泊。卡西尼捕捉到了太阳的光芒,反射了这些液体物质的图像,甚至用雷达绘制了他们的底图。

  即便如此,土星还是抢走了风头。卡西尼到达之前,卫星被认为是惰性的。但事实上,它从巨大的裂缝中喷出冰和水蒸气,像老虎条纹一样装饰着南极。在土星的引力作用下,间歇泉每秒喷出200千克含有各种有机物质的含盐物质。

  卡西尼科学家非常惊讶地发现这种材料含有小颗粒的二氧化硅。这可能是由于土卫二内部深处的热液喷口中的水和岩石相互作用造成的。在地球上,类似的深海喷气式微生物的生长甚至远离阳光。因此,土卫二已经成为寻找外来微生物的重要场所之一。行星科学家们正在计划一个返回飞行任务,穿越土星的羽流,寻找生命的痕迹。

  土星戒指不断变化

  土星环卫星最具标志性的特征包含数十亿的冰粒。从远处看,他们似乎固定和制作,但卡西尼揭示了一些形成他们的过程,并证实了他们伟大的活力。偶尔,在几个小时内,环形特征体验形成,改变形状和消失的过程。

  卡西尼发现,即使是土星最年轻的卫星的引力,也起到了引导环形颗粒成为精心修剪的带状物的作用,例如直径只有28公里的Triton 17号通过了土星宽阔的道路环。土星两侧的黑暗和明亮的光带反映了泰坦的引力,这些年来拍摄的图像揭示了土星的一些卫星是如何连续形成和雕刻出来的,直到卡尼西观察了很长一段时间。

  但是,并不是所有的卫星都是完美的指南。在土星的F环上,沿着主环外缘的窄带,卡西尼发现了一种短暂吐出的物质,这种现象被称为微喷射,附近的卫星巨人的引力可能会导致土星上的冰粒像雪球一样积聚起来,后来那些大的物体向外刺,把它们后面的粒子拖曳在尘土飞扬的180公里长的面纱上,破坏了土星的戒指,否则这些戒指本来就是完美的。在土星环系统的边缘,这些功能将被隐藏起来。

  巨大的变化也可能在更大的范围内进行。在土星的分点附近,当太阳的光线落在土星环的陡峭的斜坡上时,卡西尼观察到辐射状特征,它们与土星环一起旋转,类似于一个轮子自行车车削。这些辐条可能会带有静电,土星环在巨大的粒子带上下流动。他们可以在几个小时内形成并消失。

  知道大气的深度

  由于闪烁的Turion环形系统引起了人们的注意,卡西尼改变了这个问题,这个星球的轨道云顶图案有时候是无法识别的,它观察到地球多年来风暴如何激起了土星的气氛,有助于更多地了解湍流形成土星的气氛。

  2010年底,当一场雷暴发展成一个巨大的漩涡状云(直径超过1万公里)时,飞船目睹了这一过程。雷暴天气开始在大气层深处,直到最顶部,并在接下来的几个月里将北半球完全包裹起来,直到它的头部碰到它的尾巴。类似的风暴每两三十年就会发生一次,它们的发生率可以通过大气中的水汽量来控制。太阳系中的其他行星,比如木星,也有大的风暴,但是它们并没有在行星周围显示这样的巨大风暴。

  卡西尼还在土星北极发现了直径约3万公里的奇特六角形特征,六角形以每小时300多公里的速度风吹,位于旋转着的小型飓风的旋涡中,奇怪的是,土星“南极并没有表现出这样的特征。

  感谢卡西尼,土星甚至在内部得到了更好的关注。这个星球有一个强大而复杂的磁场,它是由内部深处搅动的液体产生的。土星周围明亮而明亮的极光充当了一个路标,有助于揭示极地磁场的模式和强度。

  然而,一些基本的谜题仍然悬而未决。卡西尼科学家仍然在努力确定土星的日子,因为地球没有坚实的表面,研究人员不能追踪固定的特征来测量它的旋转速度,而是试图通过测量真实的旋转速度观察土星强大的无线电发射。这应该反映土星内部的磁场的运动。然而,卡西尼发现,这些排放比预期更复杂,使他们理解转速的努力复杂化。

  虽然卡西尼已经崩溃,但它将为未来的研究留下丰富的信息。卡西尼生成的有价值的数据无论在广度还是深度上都是旅行者数量的100倍,彻底弄清楚这些数据将需要数十年的时间。美国宇航局埃姆斯研究中心的行星科学家杰夫·库齐(Jeff Cuzzi)说,卡西尼的主动性可能只是真正理解它发现的开始(宗华编着)

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  自然网站报告(英文)