卡西尼-惠更斯號13年土星之旅 人類發現了什麼

Cassini and Enceladus 圖片版權 NASA
Image caption 畫作 :卡西尼號和土衛二

卡西尼號飛船(Cassini)9月15日結束了長達13年的土星探索之旅。2005年,它向土星最大的一顆衛星"土衛六"(Titan)發射了惠更斯號(Huygens),惠更斯號在2005年1月14日降落在土衛六。這是人類有史以來第一次在外太陽系的天體上著陸。

卡西尼號於1997年10月15日從卡納維拉爾角空軍基地發射。它的設計包括繞行土星的飛船"卡西尼號"和登陸土衛六的航天器"惠更斯號"。這兩艘航天器以天文學家喬凡尼•多美尼科•卡西尼和克里斯蒂安•惠更斯的名字命名。航天器在2004年7月1日進入環繞土星的軌道。在前往土星的星際航行途中,曾兩度飛越金星,一次飛越地球與木星。

卡西尼—惠更斯号

土星之旅

79亿公里

发射后的旅行距离

6

发现的卫星数量

  • 发回的照片 453,000

  • 执行的指令 250万

  • 搜集的数据 635GB

  • 发表的科学文章 3,948

以下是這次探索之旅的一些精彩時刻及重大發現。

"土衛二"上發現了水

卡西尼號之前的航天器在1980年代傳回的照片顯示,直徑約為500公里的土星衛星"土衛二"(Enceladus)表面非常光滑,因此相對比較年輕。它的光滑表面可能和一種未知的刷新過程有關。卡西尼號則在這顆小衛星的南極點發現了噴湧而出的刨冰。

這種刨冰以1300公里的時速從噴發口噴出,並且和冰殼下面的鹽水海洋相連。水被認為是誕生生命的必要成分,這一發現使得土衛二成為了研究外星生物的目標樣本。

此外,卡西尼號在飛越這些"噴泉"和土星環(由噴泉中的物質形成)過程中還利用搭載的設備"品嚐"其成分,進而檢測到了岩石顆粒、甲烷以及氫分子。

對這些發現最好的解釋是,土衛二上的海洋表面有流動噴口的存在。在地球上,這種從海牀上延伸出來的熱水噴口往往能夠孕育生命。

登陸"土衛六"

圖片版權 ESA–C. Carreau
Image caption 畫作:登陸土衛六

2005年1月14日,歐洲國家聯手建造的惠更斯號穿過"土衛六"稠密的大氣層,降落到這顆土星最大的衛星上進行科學研究。

惠更斯號在超音速中成功進入,打開降落傘,並在向地面降落的2小時27分鐘裏搜集了數據。惠更斯號隨後將搜集到的圖片和空氣資料數據通過卡西尼號中轉傳回地球,包括溫度、氣壓、密度以及構成等。

惠更斯項目科學家勒布雷頓(Jean-Pierre Lebreton)對BBC表示,"在60-70公里的大氣層中風速降到了零,往下風速則開始增加。這一現象至今未得到合理解釋。"

在卡西尼號消失在地平線之前,惠更斯號還從土衛六表面傳回了90分鐘的調查資料。

"土衛六"更多細節

圖片版權 NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Image caption 土衛六

根據卡西尼號和惠更斯號的發現,土衛六似乎是地球的鏡花水月版本。它的的表面溫度是零下179攝氏度,這意味著液態碳氫化合物將承擔起水在地球上的很多角色。它有季節轉換,有風,有甲烷雨和甲烷海水,有冰雪覆蓋的山川和塑料沙丘。

在土衛六的北極點周圍發現了三片甲烷海洋。其中最大的一個面積超過北美的蘇必利爾湖(Lake Superior)。這些海洋被為數眾多的小液體湖包圍。

卡西尼號在其中一片海洋表面發現了小型的波浪,在另一片海洋上發現一個島嶼被以一種神秘方式拍打。冰山、海浪以及從海牀裏上升的氣體都可能是後者的成因。

土衛六上還發現了令人吃驚的複雜有機化合物。科學家們認為這可能和地球上早期孕育生物的氣體類似,這也為分析地球原始時期提供了幫助。

土衛二不是唯一一顆擁有大海的衛星,土衛六上也發現了地表下的業態海洋,不同之處在於這裏的水裏含有氨氣。

活躍的土星

圖片版權 NASA JPL
Image caption 土星環

卡西尼號發現,土星環非常活躍。事實上,這可能為研究環繞年輕恆星的行星成長過程提供實驗室。科學家認為,衛星製造縫隙的過程可能和數十億前環繞太陽的大行星利用氣體和灰塵壯大體積相似。

卡西尼號觀察到了這些環的"螺旋槳"結構,可能還見證了小衛星的誕生過程。它傳回的數據可能解釋關於土星最大的神秘問題——土星環什麼時候形成?如何形成?

今年,就在卡西尼號的任務即將終止的時候,科學家們宣佈了一項初步結論——這些土星環相對年輕,只有1億年左右。這也意味著我們正好生活在一段剛好存在土星環的特殊時期。

風暴

圖片版權 NASA/Jpl-Caltech/SSI
Image caption 土星北極點上空的六角形颶風

美國宇航局在土星的南北兩極觀察到了巨大的風暴。土星北極風暴眼的直徑達到了2000公里。這個規模比地球上颶風的平均規模大了50倍。風速則達到每秒150米左右。

科學家們還發現,土星北極的颶風呈現出奇怪的六角形狀。

但通過電腦模擬,科學家們已經能夠展示這種形狀可能的成因——這是不同氣旋相互影響的結果。和地球上的颶風一般持續數日不同的是,這些暴風可以存在數十年。

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