卡西尼号告诉我们关于土星的事

超自然现象探索官 2024-01-27 08:09:20

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五年前,控制人员有意驾驶卡西尼号宇宙飞船飞向土星,结束了它在土星上长达 13 年的停留。

当卡西尼号仍有足够的燃料来控制自身时,它被停下来,防止它意外碰撞并污染土卫二和土卫六卫星。

回顾卡西尼号非凡的土星使命,它有哪些重大发现?科学家们在继续回顾 13 年的任务数据时学到了什么?

土卫二和泰坦揭晓

土卫二宽度只有 500 公里,看起来太小,不足以成为一个活跃的世界。月球将物质抛入太空并形成 E 环的想法似乎有些牵强。

2005年,卡西尼号发现了从月球南极喷出的水柱。在任务后期,航天器直接对羽流进行了采样,并发现了有机分子——我们所知的生命的组成部分。

另一个亮点是泰坦,这也让科学家们感到惊讶。

两艘航海者号宇宙飞船在游览外太阳系期间拍摄了泰坦的图像,并发现了泰坦表面可能存在液态甲烷和乙烷的迹象。然而,探测器没有配备可以透过卫星朦胧大气层进行观测的仪器。

卡西尼号发现了碳氢化合物湖,并帮助科学家发现月球具有与地球类似的水文循环。欧洲航天局的惠更斯探测器在抵达土星后不久从卡西尼号发射升空,降落在泰坦上,向我们展示了土卫六表面的特写情况。惠更斯的图像显示岩石很可能是由液体形成的,类似于地球上的河流岩石。

卡西尼号任务结束后的几年里,科学家们逐渐意识到,不可能孤立地观察土星系统的任何部分。这是一个真正互联的系统,其中所有事物都相互作用。

有环行星上的一天有多长?

在像地球这样的类地行星上,这个问题可以通过观察地貌如何环绕地球来回答。由于像木星和土星这样的气态巨行星没有地形,因此确定昼长的另一种方法是跟踪行星磁场的两极绕行星一周所需的时间。

不幸的是,这在土星上不起作用,因为磁极几乎与行星的旋转轴完全对齐,这意味着磁极几乎不移动。

因此,科学家尝试了不同的方法:他们了解到土星的内部像钟一样振动,从而导致其引力场发生变化。这些变化在行星环中表现为波浪。通过跟踪这些波,科学家们能够确定土星的一天持续 10 小时 33 分 38 秒。

研究环波的频率还可以提供有关土星内部的线索,包括它的核心是什么样的。

寿命快、寿命短的戒指

当美国宇航局将航天器送上环和行星本身之间的一系列大胆的最终轨道时。这一阶段的任务被称为大结局。

与另一侧的土星环相比,卡西尼号的轨道受到一侧土星质量的干扰,这使得科学家能够测量土星环的重量。

大多数科学家预测它们的质量将与土星卫星土卫一的质量相同或更大。尽管土卫一在土卫一环旁边的图像看起来土卫二应该压倒小卫星,但实际上它们的质量只比土卫一大 40%。

这意味着这些环相对年轻——可能有 10 到 1 亿年的历史——并且可能是在恐龙统治地球期间形成的。光环还支持这样一种理论,即它们是由一颗或多颗彗星、小行星或卫星分裂形成的。

卡西尼号还发现土星环返回土星的速度比之前预测的要快得多。他们的寿命可能只剩下一亿年了。

磁场将它们结合在一起

也许土星系统中没有什么比土星磁场更能将一切联系在一起了。

土星磁场的工作原理与地球磁场类似:在土星深处,快速流动的物质会产生电荷。这种电荷产生了一个远离地球的磁场。当来自太阳的带电粒子撞击这个场时,它们会进入土星两极的大气层并产生美丽的极光。

土星磁层是一个繁忙的地方。研究它的结构和强度可以揭示整个系统(包括土星内部)发生的不可见过程。最近的研究表明,被称为 Z 模式波和哨声波的等离子体波可以激发电子,从而形成土星版本的地球范艾伦辐射带。其他研究表明,土星上的无线电频谱比航行者号航天器最初检测到的更为复杂。

由于卡西尼号航天器的每个科学仪器都提供了大量数据,因此仍有许多发现有待完成。

卡西尼号留下了什么

所有卡西尼号数据均可通过美国宇航局行星数据系统公开获取。作为任务结束过程的一部分,每个科学仪器背后的团队都编写了一份指南,以帮助未来的用户查看他们的数据。

正如航海家号飞越土星的飞行塑造了卡西尼号任务的科学原理一样,卡西尼号正在为后续后续发现的新任务铺平道路。蜻蜓号是一艘八叶片飞行航天器,计划于 2027 年发射,将探索土卫六,看看这颗朦胧的橙色卫星是否可以支持生命。

当卡西尼号发现土卫二的羽流时,它为未来的航天器开辟了一种潜在的方法,可以对月球的地下海洋进行采样,而无需深入其冰冷的地壳下方钻探。一项名为 Orbilander 的拟议任务可以完成这项任务。

在完成火星样本返回任务、欧罗巴快艇和天王星轨道器任务后,美国宇航局已建议将土卫二任务作为优先任务。这意味着至少十年甚至两年内可能不会返回土卫二。但也许我们应该等待回答一个非常重要的问题:我们在宇宙中是孤独的吗?

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超自然现象探索官

简介:致力于超自然现象、星球科普、天体物理学、天文学