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别了,“卡西尼”(2)
http://www.100md.com 2017年9月1日 《百科知识》2017年第17期
别了,“卡西尼”

     土卫六的大气中有一种浓密的橙色雾霭,是光化学反应的产物。这种光化学反应始于土卫六大气的顶层,在那里,来自阳光的紫外线和宇宙射线引发了甲烷和氮分子之间的化学反应,从而生成了碳氢化合物和氰化物。这些物质在下降的过程中进一步发生化学反应并最终生成了一种被称为“索林斯”的化合物,它是一种大而复杂的有机分子,是有机生物分子的前身。在地球上,早期的生命就是类似的有机分子由简单到复杂进化而来的,所以土卫六的大气组成和化学物质很像远古时期的地球,那里甚至有可能存在某种形式的简单生命。

    “卡西尼”号对土卫六的探索向人们展示了一个离奇的世界,这个世界和我们熟悉的地球既有几分相像,又极为不同,人类对太阳系的认识又迈出了新的一步。

    冰下海洋

    在土星系统中,第二颗引人关注的卫星是土卫二。1789年,英国天文学家威廉·赫歇尔发现了土卫二,他將这颗卫星名命为“恩克拉多斯”。“恩克拉多斯”是古希腊神话中的一个巨人,然而土卫二并不是“巨人”,它的直径只有约500千米,在太阳系的卫星中算不上大块头。

    “卡西尼”号对土卫二进行了仔细的研究,它多次近距离飞掠土卫二,照相机拍下了非常清晰的照片。人们看到,土卫二的南极是一个活跃的热点地区,那里的温度比其他地区高一些,有一片“虎纹”状的地形。其上的裂缝正在喷射一些水蒸气和冰屑似的物质,其喷射物的高度超过430千米,和土卫二的直径相差无几。

    这个意想不到的发现使土卫二成了“卡西尼”号重要的探测目标。科学家相信,像土卫六一样,土卫二很可能也是太阳系中一个非常有希望存在生命的地方。

    土卫二上的喷泉是一种间歇泉,泉中的物质混合着甲烷、丙烷、乙炔和二氧化碳等有机化合物,这些有机分子能演化成更为复杂的化合物,在地球上,它们的结合最终促成了生命的诞生。

    土卫二的表面异常寒冷,直径只有月球直径的七分之一,这种既冷又小的天体怎么能喷射如此丰沛的水蒸气和冰晶呢?原来,土卫二在绕土星运行时,由于受到土星引力的影响,它会时而被挤压,时而被拉伸,这种运动产生了热量,热量加热了地下水后形成水蒸气,并把冰屑和其他物质喷射了出来。科学家曾认为土卫二内部的地下海并不大,只限于南极地区。然而2015年9月,NASA公布了“卡西尼”号获得的数据,显示土卫二的地下海洋比人们预计的大得多,很可能是一个全球性的液态海洋。

    那些喷出物的速度非常高,甚至超过了音速,达到2100千米每小时。“卡西尼”号还在“间歇泉”中发现了钠盐的痕迹,这意味着土卫二的地下水体可能含有盐。

    “卡西尼”号上的尘埃探测器收集了很多由土卫二间歇泉喷出的隐藏在冰晶中的尘埃颗粒。研究显示,那种类型的颗粒只能形成于温度非常高的环境里,例如地球海底深处的热液喷口附近。在地球上,那些热液喷口将地下的热水喷出来,很多生物,例如蠕虫、螺、蛤蚌等动物都可以生活在那样的地方。热液喷口还喷出硫化氢、氢和甲烷等气体,它们会成为细菌很好的食物。在研究了大量尘埃后,科学家初步认定,和地球上的情形一样,土卫二的海底深处可能也拥有热液喷口,加之土卫二地下水体的酸性不大,含盐度可能类同地球上的海水,所以在土卫二的地下海洋里存在生命的可能性不小。土星有很多卫星。这幅由“卡西尼”拍摄的照片显示了土星的5颗卫星,还有土星的F环

    土卫二间歇泉喷出的冰晶物质多数落到了土卫二的表面,但有些落到了邻近的土卫一、土卫三、土卫四和土卫五上,另外一些则一直飘到土星的外侧,它们形成了土星的E环。事实上,土卫二不仅创造了土星环最外层的E环,它还对整个土星系统施加着影响。比如,土星的极光就是土卫二喷射物造就的。

    2016年年底,“卡西尼”号最后一次飞掠土卫二。土卫二假若拥有生命,它们很可能只是一些微生物,但假若那里有热液喷口,那么生命就可能是多细胞的生物体,例如蠕虫和贝壳类动物等。所以,对土卫二的探索还将继续下去,人们需要发射另外的探测器去土卫二进行下一阶段的研究。

    卫星与风暴

    除了对土卫六和土卫二进行重点探测外,“卡西尼”号对土星的其他卫星也很感兴趣,它还探测了土星的大气、两极和尘埃。

    “卡西尼”号在接近土星的路途上探测了距离土星很远的土卫九。土卫九由冰、岩石和含碳化合物组成,其物质成分与远离太阳的冥王星和海卫一非常相似。土卫九的公转轨道面与其他土卫不在一个轨道平面上,而且它的公转是逆向的,即公转方向与土星的自转方向相反。人们推测,倾斜的轨道、与土星遥远的距离和逆行,表明土卫九起先可能并非属于土星,而是和其他众多的天体一样,诞生于太阳系的边缘,后来离开那里来到了土星身边,成了土星的一颗卫星。

    2005年9月,“卡西尼”号飞越土卫七,在距土卫七不到500千米的地方拍下了土卫七清晰的照片。照片上的土卫七像一团巨大的海绵,又像一堆聚集在一起的乱石,让人怀疑它是否是被其他天体遗弃的残骸。土卫七的自转十分混乱。“卡西尼”号在土卫七上发现了碳氢化合物,包括水冰和干冰。

    “卡西尼”号也用飞掠的方式研究了土卫八。土卫八的一面黑如沥青,另一面亮如白雪。从它被发现至今的大约350年来,人们一直没有找到能解释这种现象的答案。现在人们才确定,原来明亮来自于水冰,而黑暗则是一种黑色物质造成的,这种物质来自土卫八的邻居土卫九,它运行在土卫八的外侧,由于和其他天体发生过碰撞,土卫九抛出了大量尘埃,它们降落在了土卫八上,把土卫八的一半染黑了。

    土卫五直径1500千米,是土星系统中的第二大卫星,“卡西尼”号自然也对它进行了研究。土卫五由冰和岩石组成。它的自转和公转是同步的,朝内的一面总是对着土星,朝外的一面承受了频繁的陨石撞击。2014年,“卡西尼”号在土卫五上发现了稀薄的大气,其中氧气的含量占70%,其余为二氧化碳。这层大气虽然很稀薄,但科学家依然很兴奋,因为卫星大气中含有氧的情况并不多,此前人们仅在木卫二和木卫三的大气中发现过气态氧。

    2016年初,“卡西尼”号的土星探测进入到了最后阶段,它开始离开土星环进入一个和赤道面相倾斜的土星轨道。2016年年底,“卡西尼”号飞掠了土星的南北极并接近了土星的F环。此后“卡西尼”号就在这条轨道上运行并继续研究土星的光环,直到它坠入土星。在“卡西尼”号结束任务时,它还要研究土星的大气,此前,“卡西尼”号观测了土星南极上空的超级风暴和北极巨大的气旋,这个气旋是一个呈六边形的风暴,在整个太阳系中是独一无二的。

    从发射升空到结束任务,“卡西尼”号一直在辛勤地工作。20年来,人类不断地收到它发回的消息,人类对太阳系和整个行星世界的认识也在这个过程中不断地加深。“卡西尼”是功勋卓著的“土星专家”和勇敢无畏的“土星探险家”,它的土星探险在人类探索宇宙奥秘的科学史册上书写了浓重的一笔。

    【责任编辑】庞 云 (张唯诚)
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