[科普中国]-卡西尼坠毁了，但它给我们留下了六大发现

据国外媒体报道，当科学家伽利略第一次使用最早期放大设备观测天空时，观测到土星是一颗神秘天体，有诸多谜团亟待揭晓。多年以来，伴随着太空勘测设备的不断升级，土星变得更加神秘，它存在土星环，并且土星环之间存在间隙，以及不同体积大小的卫星和其它有趣的属性，存在带状结构，短暂风暴等。近年来，“航行者号”等探测器多次飞越土星，揭晓了土星系统的许多谜团和古怪问题。1997年10月15日，美国宇航局“卡西尼”探测器发射升空，开始土星探索之旅，随后拍摄到大量土星环和奇特光谱图像，以及拍摄到土星的卫星。卡西尼探测器还装配了一个登陆器——“惠更斯”探测器，它降落至土星最大卫星土卫六表面，它装备放射性同位素发生器，并拥有独立携载的核衰变电源，可持续使用几十年时间。2004年，经过7年的太阳系旅行，卡西尼探测器抵达土星轨道，之后立即开始采集数据，并在2008年完成为期4年的主要任务。该探测器发现了土星环、土星风暴和表面漩涡结构，除了发现更多的卫星，还探测到各种各样的分子，惠更斯探测器甚至在土卫六表面发现液态流动甲烷。以下是卡西尼探测器勘测获得的6项重大发现：图中是土星北极，是2013年拍摄的真实色彩图像。科学家吃惊地发现，在过去几年时间里，北极风暴从蓝色缓慢地变成了黄色。1、土星极地六边形飓风。虽然土星极地飓风最初是由“航行者号”探测器发现的，但直到卡西尼探测器拍摄发现时，人们才意识到其惊人的事实：土星拥有一个六边形风暴，持续肆虐土星北极地区。快速旋转大气层和流体动力学促使土星极地出现独特的六边形风暴，这是第一次在气态行星上发现这样的风暴。该风暴直径达到32000公里以上，出现在纬度78o，并向下延伸大约100公里。与其它行星大气层特征不同，土星极地风暴并不随时间而出现纬度变化，风暴轮廓周围存在向东移动的气流，时速达到360公里，结合低纬度气流，在计算机模拟图像中呈现奇特的六边形。也许最引人注目的是，土星北极涡旋非常像“飓风眼”，卡西尼探测器在下降的过程中探测到该六边形风暴存在一个缺口。土星极地风暴直径大约2000公里，在卡西尼探测器持续观测的13年时间里，它一直存在。最引人注目的是，在过去几年，这个神秘漩涡开始变色。科学家约翰·布莱洛克（JohnBlalock）指出，2012-2016年观测时，六边形风暴可能稍亮一些，但是其内部，特别其中心圆环区域更明亮。这种变亮现象与顶部大气层增多光化学雾霾相符。这是为什么呢？实际上这与太阳自身有关，土星北极倾斜偏离太阳，直到2015年才逐渐接近太阳。2016年，土星极地六边形颜色出现了变化，就像直接接受阳光照射。在环绕太阳的29年的轨道周期中，卡西尼探测器不可能很快观测到这种变化，这仅是由于该任务持续了很长时间，我们才发现这一点！2、太阳系迄今最大风暴。像所有存在大气层的行星，土星具有其独特气候，包括较大和较小的风暴。虽然卡西尼任务能够发现土星的一些奇特现象，例如：持续较长时间的极地六边形风暴和南半球“龙风暴”。最壮观的风暴出现在2011年，土星北半球出现的超级风暴环绕整个行星，持续了大约200多天。近距离拍摄显示，该风暴在土星表面以时速100公里的速度快速移动。虽然这一等级风暴每20-30年出现一次，最大、持续时间最长的风暴出现在1876年。今年4月，我们发现这些风暴被土星大气层低层水蒸汽所抑制，不仅是氢和氦，还有甲烷。潮湿水蒸汽在土星外逸层形成与土星内部相隔离的绝缘层。最终，土星外逸层温度降低导致其下沉，从而使内部潮湿层和风暴再次出现。预计下一次土星重大风暴将出现在本世纪30年代，它将最终告诉我们土星包含多少水资源。3、土星环固有的涟漪和“浮雕”结构。土星在许多方面是令科学家关注的，在我们已知的所有行星中，土星是密度最低的行星，也是唯一具有明显可见环状结构的行星。它是由类似冰和灰尘的物质构成，环状结构并非固体，而是彼此穿越的粒子构成，它暂时粘聚在一起，被潮汐引力撕裂。雪球和微行星合并在一起，仅被土星和它附近行星产生的潮汐引力分离。这个环状系统自身厚度仅10-1000米，可能和土星一样古老。当从侧立角度观察土星环，由于土星环和太阳之间的角度，冰晶中的微小瑕疵在土星环上投入较长的阴影。土星主环在赤道上空延伸7000-80000公里，大于土星半径。其99.9%成分是水冰，土星环存在数千个微小的间隙。目前土星环比远古时期更厚，变化性更强。曾经的岩石物质合并在卫星中，但是这个水环存在时间和太阳系一样久远。虽然土星环具有较高反射性，主要是由水冰物质构成，但在光学和射电范围的反射率存在较大差异性，后者允许成像比前者更清晰。在土卫八轨道外侧存在一颗卫星——土卫九，它看上去与环绕土星的其它卫星完全不同，土卫九与土星其它卫星的成分并不相同，而且它环绕土星的方向与其它卫星相反。4、神秘双色土卫八谜团已揭晓。土卫八是土星系统中发现的第二颗卫星，它可能是最神秘的卫星。这颗卫星不仅存在一个赤道脊和一个较大的轨道倾角，而且它的一半像冰一样反射光线，而另一半的80%处于黑暗之中。是什么原因导致土卫八成为神秘的“双色卫星”呢？不是它轨道的倾斜度所导致的，事实上它是距离土星最远的大型卫星，还有另外一颗独特卫星距离土星更遥远。在土卫八轨道外侧存在一颗卫星——土卫九，它看上去与环绕土星的其它卫星完全不同，土卫九与土星其它卫星的成分并不相同，而且它环绕土星的方向与其它卫星相反。土卫九是顺时针环绕土星运行，这怎么可能呢？这是因为土卫九可能并非源自土星，而是被柯伊伯带捕获的一颗天体。此外，土卫九在太阳系中拥有最大、最奇特的环状结构。只有在2004年使用斯皮策红外太空望远镜观测时，才呈现土卫九环是一种源自土卫九的分散残骸环，并且颜色非常黑。它的密度也非常惊人：每立方千米大约有7个灰尘大小的颗粒。当然，由于这些碎片与其它所有卫星都是相反方向，土星最外层卫星可能与其碰撞，将卫星的主侧面暴露在黑暗碎片中。土卫八的轨道位置很容易与土卫九残骸环相撞。由于土卫八与土星保持潮汐引力锁定，意味着伴随其穿过轨道，相同的一侧始终朝向土星，土卫八前侧积聚了这种黑色物质，而后侧却没有。这些黑色物质在土卫八一侧积聚，比浅色材料的温度更高，这将导致表面冰直接升华。在气相中，蒸汽拥有大量的动能，虽然不足以逃脱土卫八的引力束缚，但能迁移至光面一侧，在那里保持稳定状态。从而造成了土卫八具有独特的双色结构，卡西尼探测器的光谱分析对于揭晓这一谜团具有重要意义。水、热量和有机分子都存在于土卫二表面，使这颗星球成为太阳系最有可能适宜生命的地外星球之一。5、土卫二地下海洋潜在生命。卡西尼探测器拍摄图像显示，土卫二表面明亮光滑，事实上，它是太阳系内反射率最高的卫星。但是表面光滑会出现裂纹，这些裂纹是冰表面的弱点。土卫二位于土星E环中心右侧，它的存在并非巧合，而是由于土星环所形成的。土卫二表面之下的冰物质被压缩和加热，形成了一个液态盐水亚表面海洋。然后这些水脱离土卫二的引力束缚喷射出来，其中多数水物质形成E环。水、热量和有机分子都存在于土卫二表面，使这颗星球成为太阳系最有可能适宜生命的地外星球之一。目前土卫二被证实存在水，而来自土星的潮汐引力提供了必要热量。根据太阳系其它天体的观察，土卫二可能也含有生命的原料。以上三种迹象表明，土卫二巨大的地下海洋中可能存在着氨基酸。土卫二表面的间歇泉可能成为寻找外星生命存在的理想目标，一艘宇宙飞船穿过间歇泉喷射羽流，能够收集喷射物质样本，很可能找到人类一直希望存在的有机物质。因为土卫二是我们猜测最有可能潜在地外生命形式的星球，毕竟这颗星球存在孕育生命的所有元素，其重要性不容忽视。6、“重新认识”地球。当卡西尼探测器在太阳系旅行时，航行者号探测器首次拍摄到著名的“淡蓝色圆点”的图像，这张照片是在土星阴影之下，虽然土星环和大气层都被照亮，但能清晰看到一颗淡蓝色圆点状星球，这就是我们的地球，在淡蓝色圆点右侧是月球。经过20年有探索历程，卡西尼探测器获得了许多重大发现，我们认为卡西尼探测器不仅对太阳系土星系统进行了深入勘测，还有助于我们更深入地观察地球。9月15日，卡西尼探测器将最后一次进入土星大气层，也将标志着它将终结探索旅程。卡西尼探测器将见证我们已经走了多远，以及我们是如何实现的，未来我们的探索之旅还很遥远，接下来将需要我们的共同努力。（编辑：p_vhehwang）