卡西尼留給人類的三大發(fā)現(xiàn)

北京時間2017年9月15日18點32分，土星探測器卡西尼號（Cassini）發(fā)出最后一個訊號。

時光倒流20年，那是1997年的深秋，在美國佛羅里達州一個悶熱的清晨，“卡西尼號”太空探測器發(fā)射升空，開始執(zhí)行對土星及其眾多衛(wèi)星的“情報收集”工作?？ㄎ髂釒蠑z像機、宇宙塵埃分析器等12種高端科學(xué)儀器裝備，還有一位小助手——專門探測土衛(wèi)六的“惠更斯號”探測器，雄心勃勃地開始了漫長的土星之旅。

下面，我們就來一一細數(shù)卡西尼探測器勘測獲得的3項重大發(fā)現(xiàn)，以此來悼念這位“太空旅行者”。

雖然土星極地颶風(fēng)最初是由“航行者號”探測器發(fā)現(xiàn)的，但直到卡西尼探測器拍攝發(fā)現(xiàn)時，人們才意識到一個驚人的事實：土星擁有一個六邊形風(fēng)暴，持續(xù)肆虐土星北極地區(qū)。快速旋轉(zhuǎn)大氣層和流體動力學(xué)促使土星極地出現(xiàn)獨特的六邊形風(fēng)暴，這是第一次在氣態(tài)行星上發(fā)現(xiàn)這樣的風(fēng)暴。該風(fēng)暴直徑達到32000公里以上，出現(xiàn)在土星北半球78°緯度，并向下延伸大約100公里。

最引人注目的是，土星北極渦旋非常像“颶風(fēng)眼”，卡西尼探測器在下降的過程中探測到該六邊形風(fēng)暴存在一個缺口。

此外，土星極地風(fēng)暴直徑大約2000公里，在卡西尼探測器持續(xù)觀測的13年里，它一直存在。但在過去幾年，這個神秘漩渦開始變色，六邊形風(fēng)暴可能稍亮一些，但是它的內(nèi)部，特別是中心圓環(huán)區(qū)域更明亮。

這是為什么呢？實際上這與太陽自身有關(guān)，土星北極傾斜偏離太陽，直到2015年才逐漸接近太陽。2016年，土星極地六邊形顏色出現(xiàn)了變化，就像直接接受陽光照射。在環(huán)繞太陽的29年的軌道周期中，卡西尼探測器不可能很快觀測到這種變化，這僅是由于該任務(wù)持續(xù)了很長時間，我們才發(fā)現(xiàn)這一點。

在卡西尼探測器之前，我們對于土衛(wèi)六了解很少，只知道它是土星最大的衛(wèi)星，大小幾乎與水星接近，并被一層厚厚的富氮大氣所覆蓋。而卡西尼探測器攜帶的設(shè)備能夠穿透這層厚厚的大氣，讓我們窺見土衛(wèi)六的地表景象，分析其大氣成分，并發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六表面的液態(tài)海洋。這些湖泊海洋中的液體主要是甲烷和乙烷，并且這些湖泊海洋更多地集中在兩極高緯度地區(qū)，而在低緯度靠近赤道的區(qū)域則廣泛分布著干旱地區(qū)，呈暗黑色，由碳氫化合物組成的沙漠覆蓋著這些地區(qū)。而在土衛(wèi)六的地下深處，可能存在一個巨大的液態(tài)水海洋。

土衛(wèi)六是整個太陽系內(nèi)除了地球之外唯一一個被發(fā)現(xiàn)擁有液體循環(huán)的星球，盡管它的液體并不是液態(tài)水。土衛(wèi)六上每個季節(jié)長度是7.5個地球年。從2011年以來，卡西尼探測器注意到在土衛(wèi)六的南極地區(qū)附近出現(xiàn)了從秋季向冬季轉(zhuǎn)變的趨勢，同時北半球則開始顯露夏季來臨的種種跡象。

在土衛(wèi)六表面，卡西尼探測器觀測到大量類似地球上撒哈拉大沙漠中那種波浪狀的沙丘，主要集中在接近赤道的地區(qū)?？茖W(xué)家們認為這些沙丘的成分是碳氫化合物組成的有機質(zhì)顆粒。圖像顯示這些沙丘的寬度一般可以達到

1公里～2公里，綿延數(shù)百公里，高度超過100米，非常巨大。

科學(xué)家們注意到，土衛(wèi)六大氣中顯示復(fù)雜的化學(xué)特性，主要由甲烷和氮氣相互作用并產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)分子，最終形成籠罩整個土衛(wèi)六的厚厚的橘色霧霾?？茖W(xué)家們認為土衛(wèi)六上會有降雨現(xiàn)象，但是降下來的不是液態(tài)水滴，而是液態(tài)的甲烷和乙烷。目前仍然無法解釋土衛(wèi)六上為何會有這么多的有機物質(zhì)。

數(shù)十年以來，科學(xué)家們并不知道土衛(wèi)二其實是太陽系里面表面反照率最高的星球，也不知道土衛(wèi)二與土星光環(huán)中的E環(huán)之間存在著怎樣的密切聯(lián)系?？ㄎ髂崽綔y器的探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)二地表覆蓋的“皚皚白雪”，以及E環(huán)中大量的冰粒物質(zhì)，其實都來自土衛(wèi)二地下的全球性鹽水海洋以及地表形成的太空熱泉噴流。

卡西尼探測器的磁強計采集的數(shù)據(jù)引起了科學(xué)家們的注意——土衛(wèi)二附近似乎有什么東西在擾動土星磁場，似乎有什么東西在從土衛(wèi)二上向外噴射。

很快，卡西尼探測器便找出了事情真相：土衛(wèi)二是一顆極為活躍的星球，其地下存在一個巨大的全球性地下鹽水海洋。并且，透過地表的巨型裂谷系統(tǒng)，這個地下海洋正向太空中噴射大量的水汽和冰晶?？ㄎ髂崽綔y器測定其噴出的速度高達每秒400米左右，形成一個高出土衛(wèi)二地表數(shù)百公里的“太空噴泉”。其中有些水冰物質(zhì)會落回土衛(wèi)二地表，構(gòu)成了那里的“皚皚白雪”，另一些則逃離土衛(wèi)二并補充到了土星光環(huán)中的E環(huán)之中。

2005年，卡西尼探測器上的相機對土衛(wèi)二地表進行了詳細成像，在其南極地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量被稱作“虎斑”的裂谷系統(tǒng)。這里的地形出乎意料的年輕且復(fù)雜，幾乎完全沒有撞擊坑。整個地區(qū)似乎漂浮著大量的海上冰山和裂隙遍布的表面。令人意料之外的是，卡西尼探測器還探測到這些裂谷系統(tǒng)上方似乎存在水汽和冰晶成分，后續(xù)的數(shù)據(jù)分析工作確鑿無疑地認為這些裂谷內(nèi)正在噴射出水體。

在2008年的一次近距離飛掠中，卡西尼探測器勇敢地直接穿越這片水霧，并直接對水汽樣本進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中成分包括揮發(fā)性氣體、水汽、二氧化碳和一氧化碳，以及有機物質(zhì)的混合成分。而這些有機物質(zhì)的密度則超過事前預(yù)計數(shù)值的20倍以上。

隨著時間推移，科學(xué)家們注意到土衛(wèi)二地表的這些裂谷系統(tǒng)正處于不斷運動之中，有些地方裂谷在縮小，有些地方則在擴大。顯然土衛(wèi)二正在遭受強烈的潮汐作用，而這很有可能為這顆小小的星球提供大量的熱源。

而通過分析重力測量數(shù)據(jù)，科學(xué)家們認為在土衛(wèi)二南極地區(qū)下方大約30公里～40公里厚的冰層之下，有一個深度大約10公里的巨型地下海洋。

2015年10月，卡西尼探測器最后一次飛掠土衛(wèi)二，但她采集的數(shù)據(jù)，將讓科學(xué)家們在未來多年內(nèi)受益無窮。

20年來，卡西尼探測器完成軌道圈數(shù)294次，執(zhí)行了250多萬個命令，拍攝了45萬多張照片，孜孜不倦地向地球發(fā)來635GB的科學(xué)數(shù)據(jù)和資料，刷新人類對土星的認識，為我們揭示更多太陽系的真相。endprint