土衛六

              (續)科技版~超遜偵探~UOD之50~太陽系之土星

據美國宇航局太空網報導，最新研究發現，圍繞土星旋轉的熱氣流原來是它的兩顆冷衛星噴發出來的，以前科學家認為這兩顆衛星是沒有地質活動的死世界。這一發現土星的衛星——土衛三和土衛四上的地質活動可能非常劇烈。這些氣體也就是人們所熟知的等離子體，它由負電荷電子和正電荷離子組成。這些帶電粒子從衛星上噴出後，被圍繞在土星周圍的磁場——磁氣圈捕獲。然而，這些粒子只是暫時被捕獲，因為土星圍繞它的軸心旋轉的速度非常快，土星的一天只有10小時46分，因此它周圍的磁氣圈和內部捕獲的等離子體會迅速“逃逸”到浩渺的太空。

2004年，美國宇航局的凱西尼號飛船發現，土星的迅速旋轉讓周圍的等離子體形成圓盤狀，但仍有部分氣體從圓盤的外部邊緣拋到太空中。科學家認為，寒冷愉速旋轉的氣體粒子在離心力的作用下從旋轉中心向外拋出，這個離心力和汽車急轉彎時，將你的身體推向車門的離心力是一樣的。更熱、更細小的等離子體會急速流入，填補空缺。圓盤中噴射出的等離子體被太陽的粒子流——太陽風吹走。

吉姆·布林奇是德克薩斯州西南研究所的天文學家和等離子分光計科研小組成員。為了研究由等離子體組成的電子，他和同事在土衛三和土衛四的軌道上追蹤到這些粒子。布林奇告訴SPACE.com說：“無論我們怎麼查看，這些粒子來源的距離都在這兩顆衛星的軌道上。這顯示，這兩顆衛星上存在粒子源，而且這個粒子源創造了圍繞在土星周圍的‘圓環狀’(等離子區)。”在這一發現之前，人們只知道土星的衛星——土衛六和土衛二比較活躍。

這項研究的研究人員、倫敦大學學院的安德魯·庫特斯說：“這項新結果似乎有力地暗示出土衛三和土衛四也很活躍。”之前一些科學家已經懷疑土衛四的地質活動可能很活躍，因為1979年美國宇航局的“先驅者10號”探測器在土星系中發現等離子體。但是20世紀80年代由美國“旅行者”號飛船進行的觀測，並沒在衛星軌道中沒發現任何等離子體的證據，從而這些發現結果遭到質疑。布林奇表示，這一新發現指出，這個等粒子環可能只在瞬間存在，帶電粒子也不能持續太長時間，無法形成完全環繞土星的等粒子環，或稱“圓環面”。他說，飛船可能經過等粒子體仍然存在的地方，也可能經過衛星即將開始新一輪地質活動，大部分(粒子)已經消失的地方。

      凱西尼號飛船

凱西尼號飛船從土星的第七號衛星——土衛七近旁飛過，首次揭示土衛七的表面細節，顯示出在杯狀的隕擊坑內填充有碳氫化合物。這可以表明，在我們的太陽系更廣泛地存在著生命所需的基本化合物。在凱西尼飛船拍攝的土衛七像上，疊加兩部分區域的物質成分圖。蘭色表示最暴露的水冰。紅色表示“乾冰”（即，二氧化碳冰）。品紅色表示水加二氧化碳混合。黃色為二氧化碳與未證認物質混合。

土衛七（Hyperion）是土星的較大衛星之一，它在離土星比最大衛星——土衛六更遠（它們的軌道半徑比約1.6）軌道上、約21.3天繞土星轉一圈。由於土衛七軌道偏心率大（0.03）而受土星和土衛六的引力在變化，造成它的自轉週期經常變化，這在太陽系所有衛星中是很特殊的。土衛七大致近似於三軸長360×280×225公里的橢球，品質為800萬億噸。它的形狀很不規則，這是嚴重隕擊造成的。它的表面顯得最古老，隕擊坑累累，最大隕擊坑的直徑約120公里、深10公里。

凱西尼飛船在2005年9月從土衛七近旁飛過時，用多種儀器探測它的秘密，拍攝到其表面的隕擊坑等特徵，發現了水冰和乾冰（即，二氧化碳冰）及有碳氫化合物光譜特徵的暗物質，繪製表面物質分佈圖。行星科學家柯雷薩恩克（Dale Cruikshank）說，特別有趣的是土衛七上存在碳氫化合物。在彗星、隕石和銀河系的塵埃中都發現有碳原子和氫原子的化合物。這些分子摻合到冰中和暴露於紫外光下，就形成有生物意義的新分子。但這不就意味找到了生命，而是進一步指明，宇宙中廣泛地存在著生命所需的基本化合物。

凱西尼飛船上的紫外、可見光和紅外攝像光譜儀拍攝了土衛七表面細節，可以繪製礦物和化學特徵分佈圖，證實了以前從地球上觀測土衛七存在凍結水的發現。而且又發現乾冰跟普通水冰以非預料方式的混合。在土衛七表面最亮區域的像顯示跟地球上類似結晶的凍結水。柯雷薩恩克解釋說，土衛七表面的冰是凍結水與有機物塵埃的混合物，而乾冰也很顯著。

以前飛船探測土星的其他衛星以及木星的衛星——木衛三和木衛四都說明，二氧化碳分子是“複雜的”，或以多種方式附著於其他表面物質。柯雷薩恩克說，我們以為普通二氧化碳要很長時間才從土星的衛星表面蒸發，但當它們附著于其他分子時就更穩定得多。凱西尼飛船科學家韓德里克斯（Amanda Hendrix）說，飛越土衛七更顯示凱西尼飛船的多波段儀器的能力，這是第一次對土衛七進行紫外探測，告訴我們這顆迷惑衛星的化學差異。

就在法國科學家宣佈火星由於其大氣層中含有大量甲烷而不再是理想的人類移民地之後，美國國家航空航天局(NASA)的專家表示，其實目前看來，唯有土星衛星提坦(Titan，又稱土衛六)的地貌特徵與地球最為相像。作為土星最大的衛星，土衛六比水星大，是地球的衛星月亮的1.5倍。

據悉，NASA的研究結果主要建立在由美方和歐洲航天局主持進行的針對土星的“凱西尼-惠更斯號”科學考察任務。“凱西尼號”土星探測器去年7月發現提坦南極地區存在一個比北美安大略湖還要大出許多的湖泊。這樣提坦就成為人類迄今為止在太陽系中發現的第二顆存在液體的星球。不過NASA科學家也坦承，由於提坦的表面溫度大概在攝氏零下180度左右，即便存在水的話也早已被凍成了如岩石般堅硬的冰塊。

歐洲宇航局“凱西尼”探測器已繪製出土衛六表面的山脈、沙丘、許多湖泊和可能存在的火山。就如同地球一樣，土衛六的氣候能夠侵蝕抹除隕石坑的痕跡。來自美國加州噴氣推進實驗室的行星地質學家羅莎麗－洛珀斯（Rosaly Lopes）博士稱，這真得令人感到非常驚奇！土衛六的表面非常近似於地球。事實上，土衛六是太陽系中與地球最相似的一顆星體，儘管兩者存在著較大的溫差和其他環境狀況差異。土衛六是一個非常寒冷的世界，其表面平均溫度為零下180攝氏度，在這裏液態水無法存在，除非以深度冰凍、像岩石一樣堅硬的冰塊的形式存在。甲烷和乙烷代替水成為土衛六循環系統的主要成份，以降雨或降雪的形式落到表面，並形成湖泊或排水通道。

土衛六是太陽系內唯一一顆擁有厚密大氣層的衛星，也是除地球之外唯一表面擁有穩定液態池塘的星體。美國宇航局“凱西尼”探測器在過去5年裏主要負責分析研究土星及其衛星。凱西尼探測器最新紅外觀測圖像顯示該衛星表面存在著沉積氨氣的火山。土衛六環境的化學特徵非常接近于生命最初形成的早期地球。美國噴氣推進實驗室資深研究科學家羅伯特－納爾遜（Robert Nelson）博士稱，通過這項最新研究，我們提出了一個令人興奮的問題——是否土衛六的化學特徵與早期地球生命起源時期的化學性質相近？或許土衛六表面存在著某種生命體。

天文學家們為什麼特別看重土衛六呢？因為土衛六“天資”出眾，所以受到天文學家們的青睞和器重。首先，土衛六的直徑為4828公里，在衛星世界中居第二位，比冥王星大許多，跟水星的個頭兒差不多。它的品質是月球品質的1.8倍，平均密度為每立方釐米1.9克，約為地球密度的1／3，引力則為地球的14％。第二，1944年，美籍荷蘭天文學家柯伊伯對土衛六進行了系統的分光觀測研究，發現土衛六上有甲烷氣體，從而確認土衛六上有濃密的大氣層。

一直到現在，土衛六仍是太陽系內已知的60多顆衛星中有大氣的唯一衛星，這怎能不受到天文學家們的特別偏受呢？第三，根據土衛六的運動特徵、物理狀況和化學成分，天文學家們判定土衛六是和土星一起演化形成的，屬於穩定衛星，不可能是土星後來捕獲的小天體。一些天文學家曾一度將土衛六的品質、體積、表面重力、表面溫度、大氣成分、水和冰的含量、自轉和公轉等天體特徵和天體環境與地球進行比較，目的是想從中獲取有關早期生命物質演化的蛛絲馬跡。

土星的土衛三表面到處覆蓋著冰崖和隕石坑。關於土衛三最細緻的圖像是凱西尼飛船在2005年9月底掠過這個冰凍衛星時拍攝到的。上面這副圖片是在32,000公里距離時拍攝得，圖像呈現了長冰崖和隕石坑聚集的崎嶇表面。圖像下方的隕石坑底，積聚著不明的淡色物質，這和土衛七隕石坑底的黝黑物質形成了很強的對比。土衛三時土星的大衛星之一，大小約有1,000公里。土衛三的密度暗示了它幾乎時由冰和水組成的。在過去的某一時期裏，土衛三可能時一顆水球，在凍結的過程中發生龜裂，產生一些長長的冰崖。

土衛三是法國天文學家J•凱西尼在1684年發現的，直徑為1070千米。土衛三表面覆蓋有冰層，因此看上去很明亮，另外, 土衛三上還擁有大量隕石坑，是由於不同大小天體撞擊形成的。“凱西尼”號探測器利用可見光波段從大約100萬千米外拍攝到土衛三上存在有斷裂口，並且在這幅照片上可看到最大的斷裂口Ithaca Chasma（土衛三圓面左邊的寬暗帶），該斷裂口從北向南延伸長達2000千米左右，在不同地方的斷裂口深度從3至5千米不等。說明Ithaca Chasma斷裂口比美國大峽谷還要巨大得多，美國大峽谷的長度約為450千米，而深度約為1500米。當然，土衛三比地球要小得多。

1789年9月17日，天文學家威廉•赫歇爾發現了土衛一。他如此記錄這次發現：“1789年9月17日，我的四十英尺望遠鏡狀態出色，我發現了第七顆衛星，當時它位於軌道最西側。” 土衛一密度較低（為1.17），這表明其可能是由大量的冰體和少量的岩石構成。由於潮汐效應的作用，土衛一並不呈完美的球形；其長軸大約比其短軸長10%。從近期凱西尼號發回的圖片上看土衛一更接近於卵形。

在太陽系中，土星是僅次於木星的第二大行星，體積是地球的100多倍，其巨大的引力場可達1300萬公里以外，而地球的引力範圍僅為93萬公里。正因如此，地球只有一個衛星——月亮，而土星卻有眾多大大小小的衛星圍繞它旋轉，形成了一個相當龐大的土星系；其衛星數量在太陽系中也僅次於木星，位居第二。土衛一和土衛二於1789年被英國著名天文學家F•W•赫歇耳發現，直徑分別為340公里和500公里。

天文學家通過觀察土星衛星“土衛七”的近距離照片發現，土衛七具有類海綿狀外觀，不同於以往觀測到的任何天體。土衛七的表面被類海綿狀物質包裹，且佈滿坑窪，其中大部分坑窪寬度介於2公里至10公里間。對此，天文學家解釋說，由於土衛七的表面由可滲透的海綿狀物質組成，因此，當它遭到太空隕石撞擊時，不會產生大量噴射物，而只留下坑窪。此外，土衛七40%部分皆由可滲透性物質組成。

土衛七看起來像一個海綿體呢？環繞土星軌道的凱西尼太空飛船近期拍攝的高清晰照片，顯示出土衛七比以前想像的更奇怪。以前只知道在土衛七上一天的長度是不可預測的。衛星以非常橢圓的軌道繞土星旋轉，它本身是非球狀的，並且和土衛六轉距以固定4:3的軌道諧振，所以很難預測下一次太陽是什麼時候升起。新拍攝到的在粗糙表面上的撞擊坑明顯是由於撞擊造成的，但也有一些原因是它具有黑暗中心。土衛七的低密度顯示了它可能是業餘洞窟勘探者的天堂，巨大的洞坑中有許多的洞。

美國航空航天局艾姆斯研究中心的部分專家此前撰文說，土衛七表面反射度較高，但上面的坑窪看起來很暗淡，與土衛八和土衛九相似。土衛七的平均直徑為270公里。但由於它外形近似馬鈴薯，極不規則，因此各處直徑不盡相同，寬達364公里，窄至190公里。就大小而言，土衛七在48個土星衛星中排名第八，也是所有外形不規則的土星衛星中最大的一顆。

此次，天文學家用以觀察土衛七表面的近距離照片由美國“凱西尼”號飛船傳送。2005年至2006年，“凱西尼”號飛船四次定點飛越土衛七，其中最近的一次距土衛七表面僅618公里。期間，“凱西尼”號飛船拍攝下大量有關土衛七表面的高解析度照片。

土星繞太陽公轉軌道的偏心率可能造成了其最大衛星土衛六極區湖泊不同尋常的非對稱分佈。土星繞太陽公轉軌道的偏心率可能造成了其最大衛星土衛六極區湖泊不同尋常的非對稱分佈。土星的公轉軌道並不是一個完美的正圓形，這就意味著在其繞太陽運動的過程中土衛六上的不同部分所接受到的光照量也會有所不同。地球軌道的偏心率造成了地球上長期冰期的迴圈。由於光照條件的改變，直接影響了全球冰川中水的再分佈。這一過程也出現在了土衛六上。凱西尼土星探測器的觀測已經發現，土衛六北部高緯度地區液態甲烷合乙烷湖的面積是南半球高緯度地區的20倍，同時在北半球還存在著更多的半乾涸或者已乾涸的湖泊。

科學家最初認為這種現象是由於土衛六北極和南極的天然地貌形成的。換句話說，這種想法可稱之為季節變化機制。地球上15年後（土衛六上1年相當於地球上29.5年），土衛六季節就會發生反轉。根據季節變化機制假說，甲烷降雨量和揮發會因為季節不同而不同，即北極的湖泊填滿甲烷而在南極的湖泊是乾涸的。但有美國科學家指出季節變化不足以解釋觀測到的如此巨大的差異——北半球乾涸和半乾涸湖泊數量分別是南半球的3倍和7倍。除了季節變化之外，還需要土星軌道來助一臂之力。

加州理工學院星球科學助理教授奧德•阿侖森認為，更合理的解釋應該和土星的偏心軌道有關。和地球以及其他的行星一樣，土星的軌道不是完全的圓形，實際上呈橢圓形，或者說是偏心的。南半球處在夏季時比北半球處在夏季時離太陽距離近一些，正因為如此，北半球的夏天時間長，太陽溫和，而南半球的夏天時間短，太陽很強烈。阿侖森和他的同事認為兩個半球季節特點的不同，可能部分影響兩個半球夏天的甲烷降雨量和蒸發速度。阿侖森說：“我們提出不同季節甲烷降雨量和蒸發量的不同的觀點，意味著甲烷從南極到北極的分佈差異。這種不平衡可能加速甲烷在兩極的不同分佈。從而在北半球形成了更多湖泊。”

對於橢圓形的土星軌道，在相反的季節中蒸發和降水之間的差異並不是相同的。於是這就造成了甲烷從南向北的“淨”輸運。這一非平衡的結果導致了甲烷在北極的聚集，同時也在土衛六的北半球形成了更多的湖泊。這一過程始於3.2萬年前，幾萬年之後甲烷會倒過來從北向南輸運。

美國航天局說科學家利用斯皮策太空望遠鏡觀測到一個巨型土星環，這是迄今觀測到太陽系中最大的行星環，足以容納10億顆地球。這一暗淡的土星環由微小粒子構成，環內側距土星約600萬公里，外側距土星約1800萬公里。土星最遠衛星之一的土衛九在這一環內圍繞土星運行。科學家推測，土衛九與其他天體碰撞產生的塵埃可能是新發現土星環的物質來源之一。這項發現由佛吉尼亞大學、馬里蘭大學科學家合作完成，研究成果8日將發表在英國《自然》雜誌網路版上。土星以其龐大、複雜的環系統而著稱，伽利略早在1610年就已觀測到一土星環。木星、海王星也都有自己的環系統。

土星陰影 

土星光環