全景科学百科
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

土星与神奇的土星光环

大家知道,土星有一个美丽的光环。早在300多年前,意大利科学家伽利略首次用望远镜观测土星,他发现土星两边好像“长着”什么附着物,可是用那架简陋的小望远镜无法看清楚。伽利略所发现的东西其实就是土星的光环。环绕土星的稀薄的美丽光环,不仅使土星本身变得漂亮,也把整个太阳系装饰得更美观了。当一个人第一次用望远镜观测宇宙的时候,对他来说,除了月亮,土星光环也许就是最奇妙的景色了。人类对土星及其光环的探索,是一个漫长而又艰辛的过程。随着世界航空航天技术的发展,人类对土星的了解逐步深入。

太空船“先驱者11号”、“旅行者”1号和2号自1979年以来先后探测了土星。飞船从太空深处向地球发回了大量有关土星本体、光环、卫星的彩色照片和多种信息。飞船拍摄的照片显示,土星本体呈淡黄色,彩色的带状云环绕着赤道部,云上有一些美丽的斑点及漩涡状动态结构,北极区呈浅蓝色。

另外,“先驱者11号”还探测出土星高层大气存在着主要由电离氢组成的电离层。土星上存在很强的跨度达6万千米的雷暴闪电(木星上也发现过这种情况)。在距土星128万千米处,飞船发现土星有磁场以及磁层结构。土星磁场强度比木星磁场强度弱得多,其强度只有木星磁场的1/20,但比地磁场要大上千倍。从整体上看,土星磁层像一头头部圆钝、尾部粗壮的“巨鲸”。位于磁层内的土星辐射带强度弱于地球,但其辐射带范围却是地球辐射带的10倍。空间探测还证实,土星所发出的能量是从太阳得到能量的2.5倍,这一点与木星一样,表明其也有内在能源。

天文学家经过研究发现,土星的光环不是地面看到的3个、5个或7个,而是成千上万个。从飞船发回的照片看上去,土星光环与一张密纹唱片很相似,可谓“环中有环”。让人更为眼花缭乱的是,光环呈现螺旋转动的波浪状,还有的环呈不对称的锯齿状、辐射状,有的光环甚至像辫子一样互相绞缠着。科学家对此现象十分惊异。土星光环在土星表面上空伸展13.7万千米远,其厚度仅有1.6~3.2千米。事实上,无数大小不等的物质颗粒组成了土星光环,所有的物质颗粒都是直径几米到几微米的石块、冰块或尘埃。构成土星光环的这些物质快速围绕土星运动,在太阳光的映照下,绚丽多姿,土星因此被装扮得异常漂亮。

知识档案

土星概况

土星是太阳系中第二大的行星。它是以罗马神话中的农神——萨图努斯的名字命名的,主要由氢和氦构成,包含有至少31个卫星。其直径很大,是地球直径的9倍,中间是岩石,外层由液体和气体包裹着。有美丽的星环环绕在星体的赤道附近,因此是太阳系中最容易辨认的一颗行星。和木星一样,它也是一个由气体和液体组成的巨大球体,顶部有云层,温度比较低,星体表面呈土黄色,同时有一些或明或暗的地带环绕其间。

figure_0062_0065
土星漂亮的环由多层结构形成,中间有缝。土星环的平均厚度只有10米。同土星的直径相比,它简直比纸还薄。土星的环由厚厚的冰块和岩石组成。

众多科学家不仅对美丽的土星本身有极大的兴趣,而且也很重视土星的庞大家族。后来,太空船在以前的基础上又发现了13颗土星的卫星,由此使土星卫星的数目达到23颗。土星卫星体积大多很小,有的卫星直径仅二三十千米,直径超过100千米的卫星只有5颗。

土卫6是土星的卫星中最大的一颗,仅次于太阳系最大的卫星——木卫3(半径为2634千米)。土卫6的半径为2414千米,土卫6上存有浓密的大气层,氮(约占98%~99%)为其主要成分,其余是甲烷(即天然气)以及微量的丙烷、乙烷和其他碳氢化合物,厚度约2700千米。一些科学家认为,可能有原始生命在土卫6上存在过。由于它和太阳相距遥远,高层大气的温度在-100℃左右,低层大气温度约-180℃。

1997年,美国的“大力神4B”运载着“卡西尼号”宇宙飞船,从肯尼迪宇航中心顺利升空,开始了为期7年的奔向土星的航行。根据计划,“卡西尼号”飞船抵达目标后,对土星和土星的卫星——土卫6进行探测是其主要任务。这次航行的目的是为了探寻土卫6是否有生命以及获取地球生命进化的线索。

这个项目由欧洲航天局、美国航空航天局和意大利航天局携手合作开发。由“大力神”火箭运载的“卡西尼号”宇宙飞船被送往土星轨道,2004年7月1日两层楼高的探险机器人在土卫6登陆。“卡西尼号”完成了有史以来的首次环绕土星轨道运行,从2004~2008年将绕行74圈。“卡西尼号”将45次扫过土星最大的卫星土卫6,它与火星的大小相近,比水星和冥王星都大。2005年11月6日,它在轨道上向土卫6分离释放出“惠更斯号”子探测器(由欧洲空间局制造)。它通过降落伞降落在泰坦卫星上,从而成为在另外一个星球的卫星表面着陆的第一个外空探测器。人类能够依据其反馈的资料更好地了解土星。

figure_0063_0066
土星内部结构示意图

“旅行者1号”飞船在飞越土星时,对土卫1、土卫4和土卫5的探测取得了很大的成功。在卫星运动方向的半个球面上,发现有很多由撞击形成的环形山,而另外半个球面上却很少有这样的环形山。土卫1的直径约390千米,而其最大的环形山直径竟达128千米,在环形山的底部有一座高达9000米的山峰。

土卫3的直径超过1000千米,在其表面,也有许多几十亿年前因陨星撞击而留下的陨石坑,其中一个坑的直径达400千米,底深约16千米,在它的另一侧有一条长达800千米的既深又宽的大峡谷。土卫2直径约500千米,它有十分“光滑”的表面,即“星疤”很少,这实在是一个奇怪的现象。土星卫星可能由一半水冰一半岩石构成,其密度都在每立方厘米1.1~1.4克之间,且有厚厚的冰层覆盖在岩石核的周围。

目前,土星在很多方面仍存在着许多未彻底揭开的谜。科学家们正以严肃认真的态度,努力深入探索和研究这个谜。我们相信,随着现代科学技术的突飞猛进,这些谜总有一天会水落石出的。