土星探测器——卡西尼的谢幕

青田石头

关注中科院地质地球所，探索地球的奥秘

土星探测器——卡西尼的谢幕

作者：陈果/中科院地质与地球物理研究所

卡西尼号（Cassini）探测器兢兢业业工作13年，完成了对土星和其它众多卫星的数据收集工作。科学家通过分析它返回的数据，发现土卫二、土卫六可能存在生命；发现土星北极大气存在六边形结构；观察到土星北极的玫瑰状飓风；确认了土星环的多条环带并可能观察到小土卫的诞生。如今它的燃料即将耗尽，在结束最后阶段的工作后，它将坠入土星大气层结束一生。

观测土星的卡西尼（Cassini）任务是有史以来最雄心勃勃的行星空间探索。经过NASA，欧空局（ESA）和意大利空间局（ASI）的共同努力设计的卡西尼探测器是一个复杂的机器人飞船，用来绕土星运行并详细研究土星的系统。它于1997年发射，2004年到达美丽的土星。

首先给大家展示一张小编在“牧夫天文论坛”上找到的土星“小草帽”的萌照，这是天文爱好者用望远镜拍摄的。



图片来源：牧夫天文论坛-Laser63588

而下图则是卡西尼探测器拍摄的土星照片。



图片来源：NASA



大家更喜欢哪张呢？

下面就为大家介绍一下这颗长寿的卡西尼探测器在工作的13年间都发现了哪些秘密。



一、探测土卫六（Titan）

1. 着陆器“惠更斯”登录土卫六

卡西尼探测器携带的惠更斯着陆器在2005年1月降落在土星最大的卫星土卫六（Titan）上，是迄今为止人类完成的距离地球最远着陆。土卫六与出现生命之前的地球十分类似，会下甲烷雨，有干涸的湖床，还有被侵蚀和冲刷的沟渠。



图片来源：NASA

2.卡西尼探测器发现土卫六存在湖泊和海洋

土卫六是除地球外，人类已知的唯一的地表有湖泊、河流和降雨的星球。但是土卫六上面流动是甲烷。即便如此，土卫六这类似地球的外表已经促使科学家们猜测，土卫六上面是否会出现某种适应了寒冷且不需要水的生命。



图片来源：NASA

3.卡西尼探测器发现土卫六存在一种特殊的带负电荷的分子

欧空局（ESA）2017年7月26日发表文章称，在土卫六的大气中发现了一种带负电的分子，它有助于在土星卫星土卫六朦胧的大气中产生复杂的有机物。这些线性分子被认为是构成更复杂分子的基石，并可能是地球上最早生命形式的基础。这一发现彻底改变了人们对土卫六大气的理解。伦敦大学学院领导这项研究的作者莱维·德赛（Ravi Desai）说：“这是首次在类似行星的大气中明确认定的碳链阴离子，我们认为这是产生更大和更复杂的有机分子的生产线中重要的踏脚石。”



图片来源：ESA



二、探测土卫二（Enceladus）

在卡西尼探测器观察到土卫二南极的羽状喷流后，确认了其南极地底存在液态水海洋。随着卡西尼探测器多次略过土卫二，科学家们分析了其喷射物质的成分，发现其中98%的成分是水，1%是氢气，其它成分是二氧化碳、甲烷和氨等其他分子的混合物。这意味着如果这冰下海洋中存在着生物——至少是微生物，那么他们可以通过将氢气和水中的二氧化碳结合来获得能量。并且，卡西尼探测器还证实土卫二为土星磁层提供等离子体源。



图片来源：NASA-卡西尼探测器拍摄的土卫二羽状喷流



图片来源：NASA-土卫二地下海洋艺术图



三、探测土星和土星环

下图是卡西尼探测器的4张图像拼贴在一起得到的土星北半球和土星环的照片。这4张图使用四种不同的滤光片。图中可以明显看到土星北极有一个规则的六边形结构。这种结构长期存在，是一个高速气流区域。下面展示NASA使用彩色滤光片后得到的土星北极六边形结构。



图片来源：NASA



图片来源：NASA

以下这张图是土星著名的玫瑰图像，乍一看像周围环绕着绿色树叶的巨大红玫瑰。实际上这是土星北极处的飓风，该飓风是由土星大气中的少量水蒸气形成的。经测量，眼睛处的尺度达到了2000公里，云的速度达到每秒150米。



图片来源：NASA

下图中左下角处的边缘，有一段弧更亮，并且向外凸起。实际上，这个亮凸起的尺寸约为1200千米长，10千米宽，看上去更亮和凸起是因为收到了临近小天体的引力扰动。科学家们猜测这个临近小天体很有可能是刚从土星环中诞生，正试图从环中迁移出去。不过科学家们的猜测还需要进一步的证据来说明。



图片来源：NASA

在任务运行13年后，卡西尼探测器的燃料所剩不多，一旦燃料低于某个程度，飞船就会进入失控状态。NASA不希望卡西尼探测器意外坠毁在土卫二和土卫六上。因为这两颗土星的卫星都可能是地外生命的栖身之所，卡西尼的坠落会给这两颗卫星造成不可逆的污染。所以，从2016年末开始，卡西尼探测器开始了一系列叫做“大结局”（Grand Finale）的运行轨道。在“大结局”安排中，卡西尼探测器需要依次完成在狭窄的F环（土星众多环中一个，F代表发现的顺序）外飞行20次，飞越土卫六（Titan），在土星的最上层大气和最内层环之间俯冲22次的任务。目前，卡西尼已经进行到22次俯冲任务中的第16次。



图片来源：NASA

卡西尼探测器在跳入土星过程中将会收集丰富且有价值的信息，包括测量土星的重力场和磁场，确定土星质量，对大气层和电离层取样，并最后看一眼土卫二（Enceladus）。卡西尼探测器将于2017年9月15日进入土星大气层，并在进入大气层1分钟后与地球失去联系，向其长眠之地飞去。

1

END

1

欢迎原创稿件投稿，投稿邮箱：kepu@mail.iggcas.ac.cn

欢迎转载，转载请注明出处

美术编辑：张腾飞 赵亚楠

校对：翟吉璇

公众号：中科院地质地球所

ID：dizhidiqiusuo

长按二维码关注我们