棋牌app下载官网广州无郊区! 3条新地铁通车实现区区通地铁,棋牌app下载价值13.9亿的法式别墅庄园 车库大到能停40辆
当前位置:首页 > 技术交流 > 正文

天文冷知识:土星卫星的十大未解之谜

12-18 技术交流

2005年5月22日美国宇航局(NASA)的卡尼西号宇宙飞船拍摄的图片展示了,土星冰冷的卫星土卫四狄俄涅(Dione)漂浮在巨大行星之前。图片来源:NASA/喷气推进实验室/太空科学研究所。

土星的神秘远不止它那雄伟的光环。这颗行星拥有62颗奇异的卫星。土卫六泰坦(Titan)是一颗比我们的月球还要巨大得多的冰雪世界,以其稠密,朦胧的大气层和甲烷海而闻名。土卫二恩克拉多斯(Enceladus)则是一颗明亮的白色冰球,其冰冷的外壳内包裹的是液态海洋,氤氲的水柱从南极附近的裂缝中不断地喷涌。土卫十八潘(Pan)坐落于其光环之中,以看起来似意大利方饺而闻名,而土卫十杰纳斯(Janus)看起来则像颗肉丸子。卡西尼号的科学家们甚至发现一个在环内旋转的物体,昵称为佩吉(Peggy),极有可能是一个正在形成或者解体的卫星。

虽然我们已对这些卫星的迷人之处略有所闻,但是关于土星卫星群以及它们能教给我们哪些太阳系演变的知识,依然有很多问题悬而未决。以下是科学家正在努力解决的众多谜团中十大未解之谜:

大多数行星的卫星形成的时间都和太阳系其它天体一样久远,超过40亿年。尤其是木土星那些较大的卫星,表面布满了久远历史留下的陨石坑。但是最近一个模型则指出土星的一些卫星可能比较年轻,它们仅有1亿年甚至是更少的历史。

科学家是依据土星卫星的轨道高度判断它们的年龄。行星与卫星间的引力犹如拔河赛,经过一段漫长的时光后,卫星轨道会被逐渐推向远离行星的宇宙空间(比如,每年月球就以指甲生长的速度远离地球)。最近的研究指出,如果土星的卫星像太阳系一样老,那么靠近土星环的卫星此时应该被推得很远了。这个结论与土星卫星伤痕累累的表面所表现出来的年龄相互冲突,但是它为人类探索土星系的历史提供了新的思路。

卡尼西号宇宙飞船将其摄像头转向土卫一美马斯(Mimas),并监测巨大的赫歇尔陨石坑,它本身看起来就像凝视着太空的眼睛的虹膜。图片来源:NASA/JPL/太空科学研究所。

我们不这么认为。事实上,如今仍有许多小卫星在土星环边缘外形成。其中一些卫星,包括最小最靠近土星的卫星——土卫一美马斯(Mimas),构成土卫一美马斯(Mimas)的物质有可能和构成土星环的物质相同,这就使得土卫一美马斯(Mimas)有可能比我们之前所想的要年轻。构成它的材料应该包含了那些环绕土星的彗星和小行星的碎片。或者有一些早期卫星由于碰撞或者被引力迁移而太过于接近土星,被它强大的引力撕成了碎片。另外一种理论说太阳系形成后十亿年左右,行星位置发生了重排,导致行星周围形成了大量小天体,它们随着引力作用被抛得到处都是并不停地发生碰撞,使其成为了成为新卫星的好材料。

这个理论同时也显示出有些卫星是土星“领养”的孩子。表面布满“青春痘”的土卫九菲比(Phoebe)可能就来自很远的地方,在某个时间点被土星引力捕获。我们之所以这样认为是因为构成土卫九菲比(Phoebe)的原料来自太阳系遥远的边陲,这远远超出了土星的范围。同时,它的环绕距离也远比其它卫星要远,而且和其它卫星相比,它是以反方向围绕土星运转的——也就是我们常说的“逆行轨道”。还有一个较小的外环卫星也处于逆行轨道上卫星,同时它相对于土星赤道也有一定的倾斜角,种种迹象都表明它是一颗被捕获的卫星,而非与其它卫星一起形成的。

这张由美国宇航局(NASA)的卡西尼号宇宙飞船拍摄的真实的彩色快照中,土星最大的卫星土卫六泰坦(Titan)的彩色球体在土星及其光环前经过。图片来源:NASA/JPL/太空科学研究所。

木星,一颗比土星还要大的气态巨行星,它拥有4颗大型卫星(2019年木星已知卫星有79颗)。这四颗卫星被称作“伽利略卫星”,是以17世纪早期第一位发现它们的天文学家伽利略命名的。它们分别是木卫一伊娥(Io)、木卫二欧罗巴(Europa)、木卫三盖尼米得(Ganymede)和木卫四卡里斯托(Callisto)。土星只有一颗体积与它们相仿的卫星——土卫六泰坦(Titan)。我们不知道为什么木星的大型卫星可以保持完整的同时土星的卫星却被引力撕碎。有一种可能是木星卫星的轨道高度比较高,它们被引力撕碎的风险就比较低。

土卫一美马斯(Mimas)最近才刚形成环边缘(ansa),并且向右移动。图片来源:NASA/JPL/太空科学研究所。

这就不得不提到卫星的年龄了。通过美国宇航局(NASA)卡西尼探测器长期的近距离探测,我们得知土卫二恩克拉多斯(Enceladus)、土卫六泰坦(Titan)拥有液态水海洋,而土卫四狄俄涅(Dione)可能拥有液态水海洋。但是为什么土卫一美马斯(Mimas)没有?它和土星的距离比土卫二恩克拉多斯(Enceladus)更近,更容易受到引力变化的影响,从而使其内部产生足够的热能维持体内液态海洋的存在。但是如果土卫一美马斯(Mimas)是一颗十分年轻的卫星的话,就不难解释它为什么这么干燥了,详细的分析请看行星科学家马克·内沃(Marc Neveu)在4月1日自然周刊天文版发表的论文。

马克的研究中指出,土卫一美马斯(Mimas)可能还不到10亿岁,它形成于土星光环中的疏松物质。在这个假想的情况下,当碎片合并成为土卫一时,它已经于先前的几十亿年中逐渐失去了放射热(由于岩石中特定化学元素积年累月的核衰变产生的热量)。如果没有内部的放射热,土星的拉力永远无法让冰冷而结实的土卫一表面软化并加热到足以化冰成水、形成液态海洋的程度。现今仍有一些证据表明土卫一美马斯(Mimas)上可能存在海洋。卡西尼号发现,这颗小卫星自转时摇摇摆摆,这个谜团的成因或许是不规则形状的固态内核,或许正是翻滚的海洋藏在土卫一美马斯(Mimas)的冰表面之下。

这引人注目的景象使我们从土卫二恩克拉多斯(Enceladus)的间歇泉盆地区域看到面对着土星的巴格达和大马士革断裂的尽头。间歇泉的来源是土卫二恩克拉多斯(Enceladus)的地下液体海洋。图片来源:NASA/喷气推进实验室/太空科学研究所。

正如地球上的海洋,土卫二恩克拉多斯(Enceladus)的海洋也是咸的。而水中的含盐量证实了海水可能正在与卫星的岩石核心发生着化学反应,使得这片海洋能孕育简单生物的可能性增加。在地球上,这种反应为生活在海平面之下几英里,黑暗海床之上的生物提供了能量与养分,使他们茁壮繁殖。土卫二恩克拉多斯(Enceladus)上也会发生同样的事情吗?土卫六泰坦(Titan)也有液态海洋,但科学家们不清楚这片海洋是否在与冰层或海底的岩床发生这样的反应。

土卫三特提斯(Tethys)消失在土卫六泰坦(Titan)背后。由卡西尼探测器拍摄于2009年11月26日。图片来源:NASA/喷气推进实验室/太空科学研究所。

它们很大可能已经存在了数十亿年,因为卫星形成以后,很难形成一个地下海洋。尽管已经把巨大的撞击作为一种可能性进行研究,科学家们仍未能对于土卫二恩克拉多斯(Enceladus)最初如何形成作出一个明确的解释。而另一方面,土卫六泰坦(Titan)的海洋有可能和其卫星本身同时形成,也就是40多亿年前。它或是土卫六泰坦(Titan)深处的放射性衰变热熔化的结果,或是被撞击产生的热熔化的结果,又或者这些因素综合性的结果。而重力牵引产生的热量并不是它形成的主要因素,因为土卫六泰坦(Titan)离土星太远。

从远处可看见土卫二恩克拉多斯(Enceladus)迷人的南极喷流,在阳光的照射下,卫星本身在反射的土星光中发出柔和的光芒。图片来源:NASA/JPL/太空科学研究所。

我们尚未知道土星卫星们里的海洋是否具备维持生命所必须的组成部分,但是一些有趣的迹象表明它们可能具备。土卫二恩克拉多斯(Enceladus)是美国宇航局(NASA)寻找地球以外的生命的首要目标之一,因为它似乎具备三种最重要的唯一生命的成分:正确的化学成分(如碳或氢)、可用能源和液态水。

2015年当任务接近尾声时,NASA卡西尼号宇宙飞船飞经土卫二恩克拉多斯(Enceladus)喷出的水柱时,探测到氢分子。这有助于加强土卫二恩克拉多斯(Enceladus)的可居性,因为氢是地球上热液喷口附近的生长旺盛的生物的重要食物来源。

相当于地球一半大小的土卫六泰坦(Titan),它引人入胜的不仅在于其内部海洋,而且在于稠密的富含氮的大气层,以及复杂的碳化学成分。无论它是否有人居住,土卫六泰坦(Titan)都是一个生命化学的神奇的天然实验室。

环内卫星土卫三十五达佛涅斯 ( Daphnis ) 在基勒环缝 ( Keeler Gap ) 内运行时,会在环颗粒之间产生“波浪”。图片来源:棋牌NASA/JPL/太空科学研究所。

土星的主要卫星们或会永远绕着这颗行星运行,但一些更小更弱的环状卫星或会消失。较新的小卫星由环内松散物质产生,更有可能发生毁灭性的碰撞,并被引力潮汐所破坏。

2006年3月13日,卡西尼号宇宙飞船上的窄角摄像头捕获到这张土星及其光环的照片,图片中土星环在边缘位置。该框架里该出现了土卫一美马斯(Minas),小雅努斯(环上方)和土卫三特提斯(环下方)。图片来源:NASA/JPL/太空科学研究所。

随着时间的推移,卫星会慢慢远离它们的母星,这是一种自然现象。如今土星内部也被其卫星引力拖拽着,使其离卫星更近一些。(类似于月球引力牵引着地球的海洋,创造潮汐。)同时土星的引力也会牵引卫星,在这场拉锯战中,土星迫使其卫星进入越来越宽的轨道。像坐在旋转木马上的孩子被推向边缘一样,土星把它的卫星推离自己。

美国宇航局(NASA)以外的一组研究人员进行的一项分析表明:鉴于土星内部的卫星离行星(土星)较近,它们向外移动的速度可能比预期的要快。科学家们将卡西尼号10年来对土星卫星轨道的测量结果与保存在摄影板上的100年前的望远镜图像进行了比较分析。他们的分析表面,这些卫星们还“很年轻”,否则,在土星形成后的46亿年里,它们会飘离土星很远。这个想法十分有趣,卡西尼号的研究人员表示,观测100年时间不可能足够长到足以辨别这些卫星门的轨道的变化。

那么它们会飘走吗?从某种意义上说,是的,就像地球的卫星月亮一样。不过,所涉及的时间量或会长于太阳系的预期寿命(即数十亿年)。

土星环也许是太阳系任一世界最被认可的特征。它主要由水冰颗粒组成,大小不等,细如尘埃,大如山。图片来源:NASA/JPL/太空科学研究所

事实上,它们正在消失,存立其中的小卫星们也是如此。研究人员表示它们或会在1亿年内消失。在重力的作用下,土星环被拉入土星,形成一场稳定的尘埃大小的冰粒雨。

版权保护: 转载请保留链接: http://xetaithanhdat.com/jsjl/352.html