卡西尼留給人類的三大發現

北京時間2017年9月15日18點32分，土星探測器卡西尼號（Cassini）發出最后一個訊號。

時光倒流20年，那是1997年的深秋，在美國佛羅里達州一個悶熱的清晨，“卡西尼號”太空探測器發射升空，開始執行對土星及其眾多衛星的“情報收集”工作。卡西尼帶上攝像機、宇宙塵埃分析器等12種高端科學儀器裝備，還有一位小助手——專門探測土衛六的“惠更斯號”探測器，雄心勃勃地開始了漫長的土星之旅。

下面，我們就來一一細數卡西尼探測器勘測獲得的3項重大發現，以此來悼念這位“太空旅行者”。

雖然土星極地颶風最初是由“航行者號”探測器發現的，但直到卡西尼探測器拍攝發現時，人們才意識到一個驚人的事實：土星擁有一個六邊形風暴，持續肆虐土星北極地區。快速旋轉大氣層和流體動力學促使土星極地出現獨特的六邊形風暴，這是第一次在氣態行星上發現這樣的風暴。該風暴直徑達到32000公里以上，出現在土星北半球78°緯度，并向下延伸大約100公里。

最引人注目的是，土星北極渦旋非常像“颶風眼”，卡西尼探測器在下降的過程中探測到該六邊形風暴存在一個缺口。

此外，土星極地風暴直徑大約2000公里，在卡西尼探測器持續觀測的13年里，它一直存在。但在過去幾年，這個神秘漩渦開始變色，六邊形風暴可能稍亮一些，但是它的內部，特別是中心圓環區域更明亮。

這是為什么呢？實際上這與太陽自身有關，土星北極傾斜偏離太陽，直到2015年才逐漸接近太陽。2016年，土星極地六邊形顏色出現了變化，就像直接接受陽光照射。在環繞太陽的29年的軌道周期中，卡西尼探測器不可能很快觀測到這種變化，這僅是由于該任務持續了很長時間，我們才發現這一點。

在卡西尼探測器之前，我們對于土衛六了解很少，只知道它是土星最大的衛星，大小幾乎與水星接近，并被一層厚厚的富氮大氣所覆蓋。而卡西尼探測器攜帶的設備能夠穿透這層厚厚的大氣，讓我們窺見土衛六的地表景象，分析其大氣成分，并發現了土衛六表面的液態海洋。這些湖泊海洋中的液體主要是甲烷和乙烷，并且這些湖泊海洋更多地集中在兩極高緯度地區，而在低緯度靠近赤道的區域則廣泛分布著干旱地區，呈暗黑色，由碳氫化合物組成的沙漠覆蓋著這些地區。而在土衛六的地下深處，可能存在一個巨大的液態水海洋。

土衛六是整個太陽系內除了地球之外唯一一個被發現擁有液體循環的星球，盡管它的液體并不是液態水。土衛六上每個季節長度是7.5個地球年。從2011年以來，卡西尼探測器注意到在土衛六的南極地區附近出現了從秋季向冬季轉變的趨勢，同時北半球則開始顯露夏季來臨的種種跡象。

在土衛六表面，卡西尼探測器觀測到大量類似地球上撒哈拉大沙漠中那種波浪狀的沙丘，主要集中在接近赤道的地區。科學家們認為這些沙丘的成分是碳氫化合物組成的有機質顆粒。圖像顯示這些沙丘的寬度一般可以達到

1公里～2公里，綿延數百公里，高度超過100米，非常巨大。

科學家們注意到，土衛六大氣中顯示復雜的化學特性，主要由甲烷和氮氣相互作用并產生復雜的化學分子，最終形成籠罩整個土衛六的厚厚的橘色霧霾。科學家們認為土衛六上會有降雨現象，但是降下來的不是液態水滴，而是液態的甲烷和乙烷。目前仍然無法解釋土衛六上為何會有這么多的有機物質。

數十年以來，科學家們并不知道土衛二其實是太陽系里面表面反照率最高的星球，也不知道土衛二與土星光環中的E環之間存在著怎樣的密切聯系。卡西尼探測器的探測結果發現，土衛二地表覆蓋的“皚皚白雪”，以及E環中大量的冰粒物質，其實都來自土衛二地下的全球性鹽水海洋以及地表形成的太空熱泉噴流。

卡西尼探測器的磁強計采集的數據引起了科學家們的注意——土衛二附近似乎有什么東西在擾動土星磁場，似乎有什么東西在從土衛二上向外噴射。

很快，卡西尼探測器便找出了事情真相：土衛二是一顆極為活躍的星球，其地下存在一個巨大的全球性地下鹽水海洋。并且，透過地表的巨型裂谷系統，這個地下海洋正向太空中噴射大量的水汽和冰晶。卡西尼探測器測定其噴出的速度高達每秒400米左右，形成一個高出土衛二地表數百公里的“太空噴泉”。其中有些水冰物質會落回土衛二地表，構成了那里的“皚皚白雪”，另一些則逃離土衛二并補充到了土星光環中的E環之中。

2005年，卡西尼探測器上的相機對土衛二地表進行了詳細成像，在其南極地區發現大量被稱作“虎斑”的裂谷系統。這里的地形出乎意料的年輕且復雜，幾乎完全沒有撞擊坑。整個地區似乎漂浮著大量的海上冰山和裂隙遍布的表面。令人意料之外的是，卡西尼探測器還探測到這些裂谷系統上方似乎存在水汽和冰晶成分，后續的數據分析工作確鑿無疑地認為這些裂谷內正在噴射出水體。

在2008年的一次近距離飛掠中，卡西尼探測器勇敢地直接穿越這片水霧，并直接對水汽樣本進行分析，結果發現其中成分包括揮發性氣體、水汽、二氧化碳和一氧化碳，以及有機物質的混合成分。而這些有機物質的密度則超過事前預計數值的20倍以上。

隨著時間推移，科學家們注意到土衛二地表的這些裂谷系統正處于不斷運動之中，有些地方裂谷在縮小，有些地方則在擴大。顯然土衛二正在遭受強烈的潮汐作用，而這很有可能為這顆小小的星球提供大量的熱源。

而通過分析重力測量數據，科學家們認為在土衛二南極地區下方大約30公里～40公里厚的冰層之下，有一個深度大約10公里的巨型地下海洋。

2015年10月，卡西尼探測器最后一次飛掠土衛二，但她采集的數據，將讓科學家們在未來多年內受益無窮。

20年來，卡西尼探測器完成軌道圈數294次，執行了250多萬個命令，拍攝了45萬多張照片，孜孜不倦地向地球發來635GB的科學數據和資料，刷新人類對土星的認識，為我們揭示更多太陽系的真相。endprint