科学家们通分析卡西尼临终前传回的数据获得土

原标题:科学家们通分析卡西尼临终前传回的数据获得土星新发现!

当地时间 2017 年 9 月 15 日凌晨 4 时 55 分(北京时间 9 月 15 日 19 时 55分 ),NASA 彻夜未眠的科学家和工程师们终于等到了最后的一刻:土星探测器“卡西尼”号的信号消失。

这意味着,在 83 分钟前, 全速冲进土星大气层的卡西尼号已经汽化消失,与这颗探测了 13 年的气态行星融为一体。在信号消失的前一刻,它的高增益天线仍保持对准地球,传输珍贵的数据。

NASA 在场人员始终平静地监控信号直到最后一刻,在现场负责人宣布信号消失后,全体起立鼓掌。这些信号的分析工作,可能要持续数年

卡西尼在油尽灯枯之际还在工作着,这是它的最后一项任务,代号“大终章”(Grand Finale)。

卡西尼应在 9 年前就结束任务,但它一直坚持多工作了 9 年,最后科学家考虑到对其它航天器的影响,让它自行坠落它探测了 13 年的土星。

其实,再过 1 个月,就是卡西尼号的 20 岁“生日”了。1997 年 10 月 15 日,卡西尼号从美国的卡纳维拉尔角发射升空。

它并未直奔目标土星而去,而是借助借用引力弹弓效应,先后两次掠经金星(1998 年 4 月和 1999 年 6 月)、一次掠经地球(1999 年 8 月)、一次掠经木星(2000 年 12 月),最终抵达土星,总路程 35 亿公里。

现在即便卡西尼永远离开了工作岗位,但它的最后一项任务给人们传回了大量珍贵数据。近日,科学家们通过分析这些数据,得到了四大土星新发现!

1、土星云层变得很深

据 NASA 介绍,土星表面云层依据纬度的不同,以不同速度和方向运动,相互碰撞,形成了云层带,以及球体边缘晕染的美景。

卡西尼于 5 月 18 日,距土星地面约 120 万公里处拍下这张照片,展现了土星云层的复杂变化。

此前,科学家估计,土星的旋转云带达到大气顶部大约 3,000 公里。但是根据卡西尼最后传回的信息估计,土星云层的厚度远比之前想象的厚。

2、土星环形雨可能正在侵蚀土星最内圈

去年四月,NASA 推动卡西尼号航天飞机进入轨道,通过土星最内圈(D 形圈)和天然气巨人之间的狭窄空隙。

在接下来的几个月中,卡西尼将环绕地球的上层大气掠过了近二十次。在这 11 个轨道中,卡西尼的无线电和等离子体波科学(RPWS)仪器对土星的电离层进行了测量。

这是一个围绕地球的带电粒子的壳层,可以屏蔽它到来的太阳辐射和宇宙射线。研究人员发现,土星的巨大和不透明的环投影电离层改变阴影这个星球,他们甚至可能会产生“环雨”。

卡西尼太空船的轨道正好穿过了土星和行星最里面的 D 形环之间的缝隙。这使得卡西尼能够测量土星电离层中带电气体的强度。

当卡西尼穿越土星最大最亮的环(A 和 B 环)的阴影时,它测量到电离等离子体的数量急剧下降,这意味着电离层被遮蔽时变弱。

虽然有趣,但这并不令人惊讶。因为当太阳紫外线从行星上层大气中的原子带走带电粒子时,电离层产生了,当环阻挡传入的阳光时,土星的电离层变弱。

虽然研究人员并不确定是什么原因导致了这一现象,但他们推论土星的最深处的 D 形环可能会产生“环形雨”。

但是当卡西尼最后一次进入土星的 D 形环时,探测到 D 形环的分子不完整了,部分正在消失,土星重量也减轻了一点,科学家们推测,时环形雨在侵蚀 D 形环。

3、土星的红外图像

土星美丽外形和独特环状结构非常吸引人,土星环包含着无数冰粒,它们环绕在土星赤道上空,然而这些冰粒的详细起源和自然属性仍是未知谜团。

2008 年 1 月 23 日斯巴鲁望远镜拍摄的三色合成中红外图像,卡西尼环缝和 C 环结构显得较明亮,色彩差异反映出温度的差别,较温暖部分是蓝色,较寒冷部分是红色。

下图中清晰地呈现中红外光线范围内,卡西尼环缝和 C 环比其它环部分更加明亮,这些数据对于分析土星环自然属性非常重要。

现在,科学家们推测,这些构成土星红外图像的东西可能是有机物。但目前还不清纯这些有机物来自哪来,可能是环内生出的,也可能来自彗星尾巴的宇宙尘埃。

4、泰坦的“魔法岛”可能不是岛屿

水在一个大气压的条件下,升温到 100 摄氏度就会沸腾,产生大量的气泡。而在寒冷的土星卫星——泰坦,也就是土卫六上,相似的情形也会发生,只是原理不同。

地球海洋的主要成份是水,但土卫六海洋是由液态的烃类——如甲烷、乙烷等碳氢化合物混合而成的。在这些海洋中,有些地方甲烷多一些,有些地方乙烷多一些。

土卫六大气中含有丰富的氮——它是太阳系中除地球外唯一一个拥有富氮大气的天体。

如果气温发生改变,那么这些氮就会熔解在寒冷的甲烷雨滴中,通过降雨落到土卫六表面,最终汇入烃海。

溶解在液态烃中的氮是会析出的,在此过程中,气压和温度改变的影响是关键因素。

当富含甲烷的液体和富含乙烷的液体相遇——如前者通过暴雨的形式汇成甲烷河,随后又汇入乙烷湖,那么由于温差的存在,溶解在甲烷或乙烷中的氮就极有可能跑出来,形成大片的气泡。

美国宇航局的卡西尼探测器曾经拍到土卫六的海中有一个“魔法岛”,它一会儿出现,一会儿消失,一会儿又出现。这个“魔法岛”很可能就是这些析出的“气泡”产生的“幻象”。

氮的可溶解性,让土卫的海洋变成了一片会“沸腾”的海。而这很可能会给未来溅落在那里的探测器带来麻烦。

探测器穿越浓厚的土卫六大气后温度会升高——即便有防护也在所难免。因此当它溅落在土卫六的海洋中后,就会导致周围“水”体产生大量气泡,进而失去控制,甚至翻转。

如果没有对策,那么在土卫六上泛舟也成了一件非常艰难的事,气泡会导致浮力变小。在那里,友谊的小船很可能说翻就翻。

13 年间,卡西尼号共执飞行 79 亿公里,执行了 250 万条指令,拍摄了 40 多万张照片,收集了 635GB 科学数据,绕行土星 294 次,掠经土卫 162 次。

这双十几亿公里外的“眼睛”,代替人类看到了土星系统里的奇异世界。其中,卡西尼号最重要的两项工作,与土卫六和土卫二有关。

土星月亮“五重奏”

2005 年,卡西尼号携带着的欧洲空间局“惠更斯”号探测器成功登陆土卫六,揭开了土卫六稠密大气层下的面貌:那里零下 179 摄氏度,没有水只有冰,还有巨大的“甲烷海”,下着“甲烷雨”,天上飘着“甲烷云”

2005年12月16日,惠更斯号漂浮在夜幕下的“甲烷湖”

2015 年,卡西尼号在土卫二喷射出的羽流中检测到了二氧化碳和大量氢气。这暗示着,土卫二厚厚的冰层下面可能隐藏着热泉系统,可以为微生物提供能量。

事实上,卡西尼号“捐身徇义”的重要原因,就是避免污染这颗可能存在生命迹象的“冰月”。

“冰月”土卫二南极附近的喷射羽流

此外,卡西尼号从垂直角度上俯瞰了土星北极的巨大漩涡和瑰丽的土星光环,由于角度的问题,地球上看到的土星环只是狭窄的一线。

土星的卫星们也是异彩纷呈:酷似“死星”的土卫一、“海绵宝宝”土卫七、“阴阳脸”土卫八、“飞碟”土卫十八……

土卫一酷似《星球大战》里的“死星”

土星的公转周期是地球的 29 倍。当卡西尼号于 2004 年 7 月 1 日进入绕行轨道时,它“看”到凛冬正笼罩着土星的北半球。而当它在土星大气层迅速消散时,夏至已悄然来临。

土星北极的“玫瑰”漩涡(假色)

卡西尼号和土星的故事已经结束,对土星来说只不过短短“半载”,对卡西尼号来说是一生,对一代天文迷来说是贯穿童年的记忆,对卡西尼号背后来自 27 个国家的科学家和工程师来说,则是前后持续数十年的心血。

未来,地球仍将向土星派遣新的使者,比如德国航天局计划中的土卫二登陆探测器 EnEx。

在卡西尼号冲向土星大气层的 13 个小时前,NASA 收到了卡西尼号拍摄的最后一批照片。 返回搜狐,查看更多

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