“卡西尼”號的土星之旅

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。它們都向地球發回了大量數據資料，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、土星光環和土星衛星照片的照相機，有能透過土衛六氣體層掃描其表面的雷達，有能監測土星大氣的裝置，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六表面上，此舉還創造了人類發射的航天器成功登陸距離地球最遠天體的記錄，其獲得的數據資料都通過“卡西尼”號軌道器發回了地球。

探測土星的新發現

實際上，“卡西尼”號在進入環繞土星運行軌道之前，就開始了對土星的探測工作。根據它從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現：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軸重合，而新發現使科學家們頗感困惑。

以前的天文觀測發現土星有5圈光環，按發現時間順序分別稱為A、B、C、D、E環。1978年8月，“先驅者”11號飛越土星時又發現了F、G兩個光環。從距離土星的遠近從內向外排列，它們依次為D、C、B、A、F、G和E環。2004年6月30日。“卡西尼”號穿越土星光環時，用紫外線光譜成像儀拍攝了這些光環的照片，使其細節得以顯現。美國科學家們分析認為，內側光環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，外側的冰可能是一種水和氨這類物質的混合物。“卡西尼”號最近首次在土星光環側面拍攝到了多座酷似寶塔的照片，其中最高者竟達1500米。科學家們解釋說，這些寶塔很可能是位于A環中的直徑為8000米的一顆衛星對光環吸引的結果。

2009年2月，科學家們根據“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。經科學家們跟蹤分析“卡西尼”號傳回地球的照片，發現位于兩側的旋渦一直在向氣流輸送能量，且自身的旋轉速度也在變慢。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十年之久。

探測土衛的新收獲

“惠更斯”的著陸探測和“卡西尼”號的多次飛越探測，發現土衛六表面有液態甲烷湖，有固態的含水冰塊，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。科學家們認為，土衛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分和幫助完成新陳代謝。由此推斷土衛六具有孕育生命的可能性。

“卡西尼”號多次飛掠探測土衛二，發現該天體具有冰火山活動。其噴發的冰屑物質不僅是土星E光環主要成份來源之一，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。土衛二南極火山裂縫噴發處地表下溫度可能足夠高，這說明有能量來源。另外還發現土衛二地底存在液態水。這表明土衛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”號傳回的照片上發現，直徑約220千米的土衛九逆向繞土星旋轉，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分自轉一周。同時發現，在距離土星356萬千米的軌道上運行的土衛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”。科學家們對此現象的成因提出了多種解釋，至今尚無肯定結論。科學家還發現在距離土星52萬千米圓形軌道上運行的土衛五周圍環繞著大量碎片，形成范圍達數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五相撞產生的碎片逐漸聚集形成的。模擬計算表明，在土衛五重力場及其環繞土星軌道的共同作用下，它周圍的碎片環能夠長期穩定存在。

“卡西尼”號和其他觀測手段相配合，使新發現的土星衛星總數不斷增加。2009年3月3日，國際天文學聯合會宣布，“卡西尼”號發現了第61顆土星衛星，使已知的土星衛星總數達到了61顆。該衛星直徑約0.5千米，位于G光環之內。它與G環內的流星或小型天體相撞產生的碎片，可能是G環物質來源之一。

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，其中飛掠土衛六54次，飛掠土衛七11次，科學家們由此可以更好地研究土星及其衛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)