在太陽系八大行星中，按照與日距離從近及遠排列，土星位居第六，按照體積大小排列，它僅次于木星，位居第二。截止到目前，共有4個航天器對土星進行了探測：“先驅(qū)者”11號、“旅行者”1號和2號，以及目前仍在工作的“卡西尼”號。它們都向地球發(fā)回了大量數(shù)據(jù)資料，大大豐富了人類對土星的認識。日前，美國宇航局第二次延長了“卡西尼”號軌道器的任務期限，這意味著它要在太空再工作7年。

“卡西尼”與“惠更新”

“卡西尼”號是美歐合作研制的探測土星的航天器。它由“卡西尼”號軌道器和“惠更斯”子探測器兩部分組成。前者為美國宇航局研制，后者為歐空局研制。兩者的命名，意在表示對法裔意大利天文學家卡西尼和荷蘭天文學家惠更斯的紀念。軌道器有12臺儀器，子探測器有6臺儀器。其中，有能提供至少50萬張土星、土星光環(huán)和土星衛(wèi)星照片的照相機，有能透過土衛(wèi)六氣體層掃描其表面的雷達，有能監(jiān)測土星大氣的裝置，有能探測磁場和塵埃的設備等等，這使“卡西尼”號成為20世紀性能最為先進的行星探測器。

“卡西尼”號探測器經(jīng)歷近7年飛行、行程35億多千米之后，終于在2004年7月1日進入環(huán)繞土星的軌道運行，開始其考察研究和探測工作，并于2004年12月25日釋放了專門探測土衛(wèi)六的“惠更斯”子探測器。子探測器在地面遙控指令的操控下成功地軟著陸在土衛(wèi)六表面上，此舉還創(chuàng)造了人類發(fā)射的航天器成功登陸距離地球最遠天體的記錄，其獲得的數(shù)據(jù)資料都通過“卡西尼”號軌道器發(fā)回了地球。

探測土星的新發(fā)現(xiàn)

實際上，“卡西尼”號在進入環(huán)繞土星運行軌道之前，就開始了對土星的探測工作。根據(jù)它從2003年4月29日到2004年6月10日期間收集到的土星無線電信號，科學家們測出土星自轉(zhuǎn)周期為10小時45分45秒，比1980年和1981年“旅行者”1號和2號測得的10小時39分37秒延長了6分鐘。2004年6月30日，“卡西尼”號在距離土星161萬千米處還有了一個令人意外的發(fā)現(xiàn)：土星的磁場與地球截然不同，其磁極分布在赤道帶上。先前“旅行者”探測的土星磁軸幾乎與自轉(zhuǎn)軸重合，而新發(fā)現(xiàn)使科學家們頗感困惑。

以前的天文觀測發(fā)現(xiàn)土星有5圈光環(huán)，按發(fā)現(xiàn)時間順序分別稱為A、B、C、D、E環(huán)。1978年8月，“先驅(qū)者”11號飛越土星時又發(fā)現(xiàn)了F、G兩個光環(huán)。從距離土星的遠近從內(nèi)向外排列，它們依次為D、C、B、A、F、G和E環(huán)。2004年6月30日。“卡西尼”號穿越土星光環(huán)時，用紫外線光譜成像儀拍攝了這些光環(huán)的照片，使其細節(jié)得以顯現(xiàn)。美國科學家們分析認為，內(nèi)側(cè)光環(huán)夾雜著大量的巖石塊和灰塵，主要成分可能是硅酸鹽和一些有機物質(zhì)，外側(cè)的冰可能是一種水和氨這類物質(zhì)的混合物。“卡西尼”號最近首次在土星光環(huán)側(cè)面拍攝到了多座酷似寶塔的照片，其中最高者竟達1500米?？茖W家們解釋說，這些寶塔很可能是位于A環(huán)中的直徑為8000米的一顆衛(wèi)星對光環(huán)吸引的結(jié)果。

2009年2月，科學家們根據(jù)“卡西尼”號提供的多張照片，終于找到了土星大氣層中強氣流得以持續(xù)存在的能量來源。雖然以前就測知土星大氣層中分布著許多具有強大能量的氣流，并夾著云團向東或向西運動，在氣流邊緣還有一些旋渦，但是一直不清楚兩者的關系。經(jīng)科學家們跟蹤分析“卡西尼”號傳回地球的照片，發(fā)現(xiàn)位于兩側(cè)的旋渦一直在向氣流輸送能量，且自身的旋轉(zhuǎn)速度也在變慢。旋渦是維持氣流運動的能量基地。正因如此，土星大氣中的氣流可以維持數(shù)十年之久。

探測土衛(wèi)的新收獲

“惠更斯”的著陸探測和“卡西尼”號的多次飛越探測，發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六表面有液態(tài)甲烷湖，有固態(tài)的含水冰塊，有碳氫化合物顆粒沉淀形成的土地，大氣層中有甲烷云層，有時會下甲烷雨?？茖W家們認為，土衛(wèi)六表面冰殼深處則是由水和氨組成的海洋。生命存活的必要條件之一是有液體提供養(yǎng)分和幫助完成新陳代謝。由此推斷土衛(wèi)六具有孕育生命的可能性。

“卡西尼”號多次飛掠探測土衛(wèi)二，發(fā)現(xiàn)該天體具有冰火山活動。其噴發(fā)的冰屑物質(zhì)不僅是土星E光環(huán)主要成份來源之一，而且對土星磁氣圈亦有深遠影響。更重要的是，冰屑中含有一種可以維持生命的有機化合物。土衛(wèi)二南極火山裂縫噴發(fā)處地表下溫度可能足夠高，這說明有能量來源。另外還發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二地底存在液態(tài)水。這表明土衛(wèi)二已具備孕育生命的三個必要條件，有可能存在生命跡象。

從“卡西尼”號傳回的照片上發(fā)現(xiàn)，直徑約220千米的土衛(wèi)九逆向繞土星旋轉(zhuǎn)，在距離土星1300萬千米的軌道上平均每18個月運行一圈，約9小時16分自轉(zhuǎn)一周。同時發(fā)現(xiàn)，在距離土星356萬千米的軌道上運行的土衛(wèi)八，一個半球黑暗無光，另一個半球非常明亮，亮度相差10倍，是太陽系天體中已觀察到的最大亮度差別，被稱為“陰陽臉”?？茖W家們對此現(xiàn)象的成因提出了多種解釋，至今尚無肯定結(jié)論?？茖W家還發(fā)現(xiàn)在距離土星52萬千米圓形軌道上運行的土衛(wèi)五周圍環(huán)繞著大量碎片，形成范圍達數(shù)千千米的盤狀碎片帶。科學家們認為，這可能是過去小行星或彗星與土衛(wèi)五相撞產(chǎn)生的碎片逐漸聚集形成的。模擬計算表明，在土衛(wèi)五重力場及其環(huán)繞土星軌道的共同作用下，它周圍的碎片環(huán)能夠長期穩(wěn)定存在。

“卡西尼”號和其他觀測手段相配合，使新發(fā)現(xiàn)的土星衛(wèi)星總數(shù)不斷增加。2009年3月3日，國際天文學聯(lián)合會宣布，“卡西尼”號發(fā)現(xiàn)了第61顆土星衛(wèi)星，使已知的土星衛(wèi)星總數(shù)達到了61顆。該衛(wèi)星直徑約0.5千米，位于G光環(huán)之內(nèi)。它與G環(huán)內(nèi)的流星或小型天體相撞產(chǎn)生的碎片，可能是G環(huán)物質(zhì)來源之一。

由于“卡西尼”號任務完成得非常棒，且其軌道器至今性能依然良好，所以其任務期又被延長了7年。在這7年中，它將飛繞土星155圈，其中飛掠土衛(wèi)六54次，飛掠土衛(wèi)七11次，科學家們由此可以更好地研究土星及其衛(wèi)星的長期天氣變化情況，有效地幫助人類深化對土星家族的認識。

(責任編輯 龐 云)