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土衛七(Hyperion)是環繞土星運行的一顆衛星。1848年美國天文學家邦德(G. Bond)和英國的拉塞爾(W. Lassell)各自獨立發現土衛七,距土星1482000公里,像大星體的碎片,表面有如海綿,是目前所發現太陽系中最大的一顆非球形天體,也是太陽系中已知星體中唯一一個自轉會混沌的星體,每21.3天繞土星旋轉一周。

1 土衛七 -概述

土衛七
土衛七土衛七
Hyperion (英語發音"hi PEER ee en")是土星已知衛星中距土星第十六近的一顆:

公轉軌道: 距土星 1,481,100 千米

衛星直徑: 286 千米 (410 x 260 x 220)

質量: 1.77e19 千克

在希臘神話中,Hyperion是一個巨人,該亞與烏拉諾斯的兒子,Helios的父親。

它由波德和Lassell於1848年發現。

2 土衛七 -簡介

土衛七是太陽系中最大的一顆高度不規則(非球形)天體。海衛八稍大一些,但差不多是個球體。看起來土衛七像是一顆大星體的碎片,大星體因在遠古時期的碰撞而碎裂。

土衛七(Hyperion)是環繞土星運行的一顆衛星。1848年美國天文學家邦德(G. Bond)和英國的拉塞爾(W. Lassell)各自獨立發現土衛七,距土星1482000公里,像大星體的碎片,表面有如海綿,是目前所發現太陽系中最大的一顆非球形天體,也是太陽系中已知星體中唯一一個自轉會混沌的星體,每21.3天繞土星旋轉一周。

3 土衛七 -組成

就像土星的其他衛星,土衛七的低密度表明它由少量的岩石混合著冰水組成。

不像土星的其他衛星的是,土衛七的反照率較小(.2 - .3),表明它至少覆蓋著一層薄薄的暗色物質。這可能是來自遠於土衛八的更暗的土衛九上的物質。

旅行者號帶來的圖片與基於地的光度測定表明土衛七的自轉混亂,比如它的自轉軸不停搖晃,在空間的方向無法確定。土衛七是太陽系已知星體中唯一一顆自轉混亂的星體,不過其他星體可能在遠古時期也這樣。土衛七在其他不規則外形的星體中是獨一無二的,公轉偏心率較大,與另一顆大衛星土衛六很近。這些因素集合在一起,限制了它穩定自轉的條件。土衛六與七的公轉共振比為3:4,使它自轉混亂更有可能。

土衛七的奇怪自轉可能起因於外形的不規則,與那些具有明顯正半球與後半球的土星衛星形成對比。

未知之迷

土衛七的自轉混亂現象會永遠持續下去嗎?在什麼條件下它會變得穩定呢?

是不是其他有著不規則外形與偏心軌道的小衛星(我們掌握的數據很有限)自轉也很混亂?

4 土衛七 -地形結構

土衛七土衛七

土衛七(Hyperion)是土星的較大衛星之一,它在離土星比最大衛星——土衛六更遠(它們的軌道半徑比約1.6)軌道上、約21.3天繞土星轉一圈。由於土衛七軌道偏心率大(0.03)而受土星和土衛六的引力在變化,造成它的自轉周期經常變化,這在太陽系所有衛星中是很特殊的。土衛七大致近似於三軸長360×280×225公里的橢球,質量為800萬億噸。它的形狀很不規則,這是嚴重隕擊造成的。它的表面顯得最古老,隕擊坑累累,最大隕擊坑的直徑約120公里、深10公里。

其表面布滿蜂窩狀坑體,看起來像是一個巨大的榴槤。據《新科學家》雜誌近日報道,「卡西尼」號探測器最近在飛越土衛七時發現了一種奇特的現象———這顆土星的衛星並沒有一個持續不變的旋轉軸線。在「卡西尼」號之前,「旅行者」號探測器也曾拍攝過 20餘幅土衛七的照片,不過由於距離太遠,當時科學家們未能從中發現該衛星的獨特運行形態。

天文學家們到目前仍不清楚,土衛七是否是其他某一天體遺留下的殘海在學者們看來,土衛七就像是太陽系中最大的一塊「宇宙碎片」,不過,由於其附近缺乏其他零碎的「細節」,現在還無法弄清楚其到底是如何形成的。這顆長度為360千米、厚度約225千米的衛星上布滿了大小不等的隕石坑,照射到其表面的陽光中只有四分之一會被反射回宇宙空間,因此其亮度較低,很難從地球上對其進行精確觀測。

從土衛七的外形上看,它只有在兩個方向上可以保持穩定的旋轉狀態(物理學家們將這種形狀的物體稱為不對稱迴轉體)。然而,由於受到太陽系各大行星和土星其他衛星的影響,土衛七的旋轉極不規則,因此很難預測其上何時會是「白天」,何時是「夜晚」。

從美國宇航局公布的土衛七圖像可以看出這顆衛星地表的狀況,照片的不同顏色代表地面物質組成的差異。該圖的原始圖像是卡西尼於9月26日在距離土衛七62000公里時用精密照相機拍攝的。

5 土衛七 -氣體成分

土衛七土衛七

卡西尼號飛船從土星的第七號衛星——土衛七近旁飛過,首次揭示土衛七的表面細節,顯示出在杯狀的隕擊坑內填充有碳氫化合物。這可以表明,在我們的太陽系更廣泛地存在著生命所需的基本化合物。

在卡西尼飛船拍攝的土衛七像上,疊加兩部分區域的物質成分圖。蘭色表示最暴露的水冰。紅色表示 「乾冰」(即,二氧化碳冰)。品紅色表示水加二氧化碳混合。黃色為二氧化碳與未證認物質混合。

卡西尼飛船在2005年9月從土衛七近旁飛過時,用多種儀器探測它的秘密,拍攝到其表面的隕擊坑等特徵,發現了水冰和乾冰(即,二氧化碳冰)及有碳氫化合物光譜特徵的暗物質,繪製表面物質分布圖。

行星科學家柯雷薩恩克(Dale Cruikshank)說,特別有趣的是土衛七上存在碳氫化合物。在彗星、隕石和銀河系的塵埃中都發現有碳原子和氫原子的化合物。這些分子摻合到冰中和暴露於紫外光下,就形成有生物意義的新分子。但這不就意味找到了生命,而是進一步指明,宇宙中廣泛地存在著生命所需的基本化合物。

卡西尼飛船上的紫外、可見光和紅外攝像光譜儀拍攝了土衛七表面細節,可以繪製礦物和化學特徵分布圖,證實了以前從地球上觀測土衛七存在凍結水的發現。而且又發現乾冰跟普通水冰以非預料方式的混合。在土衛七表面最亮區域的像顯示跟地球上類似結晶的凍結水。柯雷薩恩克解釋說,土衛七表面的冰是凍結水與有機物塵埃的混合物,而乾冰也很顯著。

飛船探測土星的其它衛星以及木星的衛星——木衛三和木衛四都說明,二氧化碳分子是「複雜的」,或以多種方式附著於其它表面物質。柯雷薩恩克說,我們以為普通二氧化碳要很長時間才從土星的衛星表面蒸發,但當它們附著於其它分子時就更穩定得多。

卡西尼飛船科學家韓德里克斯(Amanda Hendrix)說,飛越土衛七更顯示卡西尼飛船的多波段儀器的能力,這是第一次對土衛七進行紫外探測,告訴我們這顆迷惑衛星的化學差異。

科學家還介紹說,土衛七上有冰凍水與此前地面觀測的結果是一致的。新觀測進一步發現,土衛七冰凍水雖然像地球上的冰凍水一樣呈晶體形態,但大多與有機粉塵混合形成「臟冰」,而且乾冰與「臟冰」以一種奇特的方式混雜在一起。

土衛七上乾冰的成分也不純,其二氧化碳分子以某種化學組合方式與其他分子結合在一起。此前對土星其他衛星以及木星衛星的探測也發現,這些衛星上的二氧化碳分子的確不純,很多都與衛星表面的其他物質以不同方式相結合。克魯斯漢克認為,與其他分子相依附可能使二氧化碳分子更加穩定,否則在土衛七長時期的演進過程中,二氧化碳分子可能早就蒸發殆盡了。 科學家認為,對土衛七表面成分的新分析結果將有助於理解這顆土星衛星的起源以及在長達45億年中的演進歷程。

6 土衛七 -生命物質

土衛七:土星的海綿狀衛星土衛七:土星的海綿狀衛星

美國航空航天局科學家們利用「卡西尼」號探測器對土衛七進行了一次探測,並拍攝了相關的照片,探測結果顯示顯示,土衛七表面充滿了孔洞,看上去就像一塊「海綿」,這些孔洞中可能還含有碳氫化合物,這一發現預示著銀河系中廣泛存在生命所需的化學物質。

來自科內爾大學無線電物理及太空研究中心的科學家彼得·托馬斯和他的同事們在一期《自然》雜誌上發表文章稱,土衛七表面約40%的區域都呈孔狀。早在2005年到2006年間,「卡西尼」號就曾經數次親密接觸土衛七,並對其進行探測。

托馬斯表示,「卡西尼」號拍攝這張照片的位置距離土衛七非常近,照片上所顯示的多孔結構也是我們首次發現,這對於研究土星家族的秘密具有非常重要的意義。

土衛七是太陽系中最大的一顆高度不規則(非球形)天體,其公轉軌道距土星1481100公里,圍繞土星旋轉一圈的周期為21.3天。土衛七體積不大,最長部分僅有360公里長,但它是形狀不規則的土星衛星中最大的一顆,也是太陽系中最大的形狀不規則天體之一。由於土衛七形狀不規則、自轉混亂、表面多孔,科學家此前曾提出,土衛七可能是從某個較大天體上剝落下來的。不像土星的其他衛星的是,土衛七的反照率較小(.2 - .3),表明它至少覆蓋著一層薄薄的暗色物質。

康奈爾大學科學家的新分析結果表明,土衛七可能由微小物質顆粒累積而成。由於質量太小、引力不足以對自身進行壓縮,土衛七保留了不規則的形狀。大天體通常會在自身引力作用下變得緊密,使形狀接近球形。

多孔結構比較鬆軟,因此隕石在土衛七上留下的痕迹比砸在普通固態天體上形成的隕石坑要深一些。科學家估計,土衛七的密度為每立方米544公斤,比水輕將近一半,這意味著它內部的絕大部分都是多孔的。

科學家們在研究中還發現,土衛七的主要成分是冰,而且其中混有有機物雜質。這意味著土衛七是一塊「骯髒的冰海綿」。科學家認為,包括土星一些近距離小衛星在內的其他一些低密度天體也可能有著多孔結構,不過這還需要進一步觀測驗證。

來自美國航空航天局艾姆斯氏實驗中心和天文學家德爾·克魯克沙克(音,Dale Cruikshank)稱,「從照片上看,土衛七表面的這些孔的底部一片黑暗,無法判斷其內部的結構,這一點與土衛八和土衛九的部分地區結構非常相似。最讓人感興趣的是在土衛七上發現了碳氫化合物。『卡西尼』號探測器傳回的數據顯示,土衛七表面含有冰水和乾冰(固體二氧化碳),這些乾冰以很特別的方式與普通冰混合在一起,這些地區的凍水以晶體的形式存在,與地球上的很相似。當這些冰凍分子暴露於紫外線下時,會形成具生物學意義的新分子。雖然這並不表示我們已經在地球外發現了生命,但是它更進一步地顯示了生命所需的基本化學物質在宇宙中是廣泛存在的。」

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