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土星环与土卫六

作者:hudy2005  来源:cdrpic.cn  热度:12  时间:2025-05-10
经过了木星,下一个就是土星,关于土星,上古时期的节目多有涉及,特别是本节目的代表作之一《伟大终章:卡西尼号》。所以和火星一样,限于本人极其有限的知识水平,想来想去,也确实想不

 经过了木星,下一个就是土星,关于土星,上古时期的节目多有涉及,特别是本节目的代表作之一《伟大终章:卡西尼号》。所以和火星一样,限于本人极其有限的知识水平,想来想去,也确实想不出来新的内容,可是略过土星又有些不甘,那就把过去的冷饭稍微细化一下,争取唠一些过去没有讲过的、多多少少还算是有些新意的内容。首先当然就是土星环。

土星环

土星环的发现者是伽利略,发现时间也是1610年,这也算是伽利略的奇迹年了,不过一向英明神武的伽利略,在这里也闹了一个乌龙。由于望远镜的分辨率不够,他把土星环当成了位于土星两侧的两颗卫星,还把它们称为土星的耳朵。由于伽利略的巨大威望,在接下来的几十年中,天文学界也无条件地接受了这个观点。直到17世纪中叶,才有人站出来驳斥伽利略的观点,此人就是荷兰天文学界惠更斯。1655年,惠更斯用自己设计的望远镜仔细地观测了土星,一年后的1656年,惠更斯指出,伽利略当年看到的其实是一个环绕着土星的特别薄的圆环。但是这个圆环是由什么东西构成的,惠更斯也搞不清楚。

接下来登场的是意大利天文学家卡西尼,卡西尼这个人也是挺有意思,虽然他做出了很多重大的天文发现,比如说土卫三、土卫四、土卫五和土卫八,都是卡西尼发现的,当时为了舔法国国王路易十四的腚,他还效仿伽利略,把这四颗卫星命名为路易之星。但是在天文理论上,卡西尼那真是一个乌鸦嘴,只要是他反对的理论,后来都被证明是正确的,比如说卡西尼曾公开反对开普勒的行星运动三定律、牛顿的万有引力定律,还有昨天讲到的罗默的光速有限理论。惠更斯还因此嘲笑他,说他整天只会抬头看星星。言归正传,1675年卡西尼做出了他一生中最重要的发现之一。他发现土星环其实并不是连续的,中间存在着一条黑色的裂缝,这就是所谓的卡西尼缝,可为什么会存在这条缝隙呢?

卡西尼缝

最后给出解释的是拉普拉斯。作为拿破仑的老师,在拿破仑登基之后,拉普拉斯也当上了内阁的内务部长,但是没过多久拿破仑就发现,自己的这位老师,虽然数学水平不知道高到哪里去了,可是领导干部做得实在不咋地,所以一个多月之后,拉普拉斯就被罢免了。被撤职之后,拉普拉斯非常惶恐,于是为了讨拿破仑欢心,他就把自己多年的心血写成一本书,名叫《天体力学》,然后把这本书献给了拿破仑。正是在《天体力学》中,拉普拉斯证明,土星环必须由一大堆特别窄的固态圆环所构成。究其原因其实就是潮汐力,土星的质量高达地球质量的95倍,所以它的潮汐力是非常强大的,在这种情况下,如果土星环稍微宽一些,就会受到潮汐瓦解。不过82年之后,拉普拉斯的固态窄环理论也被推翻了。

1859年,大物理学家麦克斯韦不务专业,在没有任何观测数据的情况下,他通过纯粹的理论计算发现,拉普拉斯所设想的固态窄环,在土星潮汐力的作用下,同样是无法长期稳定存在的。而要想做到这一点,构成土星环的就必须是不计其数的固体小碎块。到了上世纪后半叶,先驱者11号、旅行者1号、旅行者2号和卡西尼号,先后近距离地观察了土星环,麦克斯韦的理论也由此得到了证实。具体地看,土星环99.9%的部分,都是不计其数的小冰块,尺寸从1厘米到10米不等,而剩下的千分之一则是一些岩石碎块,与冰块一起绕土星旋转。另外土星环上还存在大量的裂缝,宽度在100千米以上的裂缝就有7条之多。其中最显眼的就是卡西尼缝,宽度达到4800千米。

土星环构成

再看一下土星的卫星,就在今年的3月份,国际天文学联合会更新了土星的卫星数量,新的数字是274颗,土星继续稳坐太阳系中拥有卫星最多的行星的宝座。在这些卫星中,名气最大的当然就是土卫二,出名的原因和木卫二是一样的,冰层之下存在着巨大的海洋,然后天文学家又开始对生命浮想联翩了。不过在土卫二之前,名气最大的还要属土卫六,它也是木星最大的卫星,同时也是太阳系中仅次于木卫三的第二大卫星。旅行者1号和2号我们都很熟,其实一开始,这两个探测器的任务是一样的,都是要探测木星、土星、天王星和海王星。但实际上,只有旅行者2号完成了既定任务,旅行者1号到了土星之后,就临时改变了计划。为什么要改变航线呢?就是因为它要去探测土卫六了。

土卫二

土卫六

早在1944年,荷兰天文学家柯伊伯发现,土卫六的光谱中存在着甲烷,这似乎就说明土卫六拥有一个富含甲烷的大气层。等到1980年旅行者1号飞到土星附近,柯伊伯的预言才终于被证实,土卫六也由此成为了太阳系中、唯一一个拥有大气层的卫星。而且旅行者1号还发现,土卫六竟然拥有比地球更致密的大气层,虽然它的质量还不到地球的1/4,但是大气层的总质量竟比地球大气层还要高出19%。另外研究表明,土卫六大气层中98.4%的成分是氮气,剩下还有1.4%的甲烷和0.2%的氢气。这就有个问题了,土卫六本身并没有磁场,那么它的大气层为什么没有被太阳风剥离呢?答案是受到了土星磁场的保护。土卫六和土星相距不远,所以在绝大多数的时间里,它都处于土星磁场的范围之内,土星磁场对它起到了保护伞的作用,阻止了太阳风直接轰击其大气层。不过有的时候,土卫六也会跑到土星的磁场之外,在这种情况下,它大气中的甲烷就会和太阳风发生化学反应,从而产生一些由碳氢化合物构成的橙色烟雾,这就是土卫六看起来是橙色的原因。

土卫六环境

因为这些橙色烟雾的存在,很长一段时间中,人们都无法看清土卫六的真面目,这也让它成为了太阳系中最神秘的卫星,一直等到21世纪,卡西尼-惠更斯号土星探测器才为我们揭开土卫六的神秘面纱。2005年1月14日,惠更斯号登陆土卫六,土卫六就是截至目前、人造探测器登陆过的最遥远的天体。登陆之后,惠更斯号坚持工作了一个半小时,从它传回地球的几百张照片里,我们只能看到一个乱石嶙峋的荒原。

惠更斯号传回的照片

相比之下,卡西尼号就要给力很多,每次从土卫六上空飞过的时候,都会用雷达对土卫六的表面地形进行测绘。2006年,卡西尼号取得了重大的突破,它在土卫六表面,发现了一个面积达到40万平方公里的海洋,然后天文学家根据北欧神话中的深海怪物,把它命名为克拉肯海。不久后,卡西尼号又发现了另外两个小一点的海洋,分别是面积为12.5万平方公里的丽姬娅海和面积为4.2万平方千米的蓬加海。看这张图,左下方就是克拉肯海。克拉肯海的右边是丽姬娅海,最上面的那一小片海就是蓬加海。这样一来,土卫六就成了整个太阳系中,除地球以外唯一一个拥有地表液态海洋的天体。

土卫六三大海洋

从地图上可以发现,在克拉肯海的中间,有一条非常狭窄的海峡,几乎把它一分为二,这就是所谓的克拉肯咽喉。由于土星的潮汐力,克拉肯海也会有涨潮和落潮,也就是说海水会从克拉肯咽喉的一端流向另一端。这种情况和苏格兰的科里弗雷肯海峡非常相似。在那个地方,海水通过狭窄海峡的时候,经常会形成一些特别大型的海底漩涡。这就意味着在克拉肯咽喉,很可能也有一些非常巨大的海底漩涡。

科里弗里肯漩涡

再说回土卫六海洋本身,和地球海洋不同,土卫六海洋的主要成分是液态甲烷,但是液态甲烷特别容易蒸发,所以要想维持,就必须持续不断地给这三个海洋补充新的甲烷。据此人们推断,在土卫六地表之下,应该还有一个规模更大的液态甲烷的海洋。最后还是老问题,土卫六有没有可能存在生命,有这种猜想,也不能说天文学家就是疯了,不管看到什么天体,都要意淫一下生命。事实上土卫六的环境,和诞生初期的地球非常相似,也就是说,它确实有着诞生生命的潜力。但是和地球相比,土卫六还是有着两个很大的劣势。首先就是它的表面特别冷,平均温度只有-180℃,温度低就说明,土卫六本身相当缺乏能量,而能量又是生命活动必不可少的东西。再就是土卫六只有液态甲烷,却没有液态水。

不过在2005年,美国天体生物学家大卫•格林斯彭提出了一个非常大胆的猜想,说在土卫六的液态海洋里,可能存在着依靠甲烷为生的生物。它们的细胞液中没有液态水,只有液态甲烷。另外地球生物是吸入氧气,产生葡萄糖来储存能量,并且呼出二氧化碳。而土卫六生物则是吸入氢气,产生乙炔来储存能量,并且呼出甲烷。当然目前还没有任何证据可以支持格林斯彭的猜想,应该也没有什么损失,反正猜想也不要钱。

 

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