標籤: 暫無標籤

土衛二(Enceladus)是土星的第六大衛星,於1779年為威廉·赫歇爾所發現。在旅行者號於1980年代探測土星之前,人們只知道土衛二是一個被冰覆蓋的衛星。旅行者號顯示土衛二直徑約為500公里(相當於土星最大的衛星土衛六直徑的十分之一),而且其表面幾乎能反射百分之百的陽光。旅行者1號發現土衛二的軌道位於土星E環最稠密的部分,表明兩者之間可能存在某種聯繫;而旅行者2號則發現:儘管該衛星體積不大,但是在其表面既存在古老的撞擊坑構造,又存在較為年輕的、地質活動所造成的扭曲地形構造——其中一些地區的地質年代甚至只有1億年。

1 土衛二 -行星命名

土衛二土衛二

土衛二以希臘神話中的巨人恩克拉多斯命名。該名字及其他六顆第一批被發現的土星衛星的名稱都由威廉·赫歇爾的兒子約翰·赫歇爾在其1847年出版的《在好望角天文觀測的結果》中率先提出。如此命名的理由是:土星(農神)在希臘神話中為泰坦族的領袖克羅諾斯。

土衛二的地表構造被國際天文學聯合會以阿拉伯文學作品《一千零一夜》中的人名和地名命名。其中撞擊坑以人物命名,其他地質結構如深谷、山脊、平原和槽溝則以地點命名。迄今共有57處地質結構被國際天文聯合會正式命名,另有22處在1982年被旅行者號發現后得以命名,35處在2005年於卡西尼號的三次飛掠中被發現,於2006年11月得到批准命名。這些名稱包括撒馬爾罕槽溝,阿拉丁隕石坑和錫蘭平原。

2 土衛二 -探測研究

土衛二從土星北極上方觀測的土衛二軌道圖

1789年8月28日,威廉·赫歇爾在第一次使用他的1.2米望遠鏡-這是當時世界上直徑最大的望遠鏡時發現了土衛二。 其實在1787年,赫歇爾就已經通過他的16.5厘米望遠鏡觀測到這顆衛星,只是當時未得到確認。由於土衛二糟糕的視星等(高達11.7等),同時它又靠近明亮得多的土星及其光環,從地球上很難觀測到這顆衛星,只有通過透鏡直徑達15-30厘米的望遠鏡才能觀測到,這還取決於當時當地的大氣狀況和光污染程度。作為太空時代之前發現的眾多土星衛星之一,土衛二的最佳觀測時間是在環面穿越時期,此時土星環垂直於地球運行點的切線,在地球上只能觀測到一條細線,土星環的亮度大為降低,故為觀測土衛二的最佳時機。

兩艘旅行者飛船獲得了第一組土衛二的特寫鏡頭,其中旅行者1號是第一艘與土衛二擦肩而過的人造飛行器,它於1980年11月11日在距土衛二20萬2千公里處掠過。儘管在這個距離上獲得的影像資料解析度較低,但是仍然可以顯示出土衛二擁有一個高反射率並缺乏撞擊坑的地表,這說明該衛星地表的地質年齡較低。

旅行者1號亦證實土衛二的運行軌道正位於土星E環的稠密處,結合土衛二的年輕地表分析,參與旅行者飛船計劃的科學家認為E環是由從土衛二地表噴射出的顆粒組成的。旅行者2號於1981年8月26號從距土衛二8萬7010公里處飛掠而過,從而獲得了關於這顆衛星的更為清晰的影像資料。這些資料展示了這顆衛星的年輕地表的諸多特徵,也表明這顆衛星的不同地區的地質年齡存在極大不同。

2011年10月,土衛二「恩克拉多斯」表面彷彿被積雪覆蓋2011年10月,土衛二「恩克拉多斯」表面彷彿被積雪覆蓋

卡西尼號在土衛二上的發現推動了數項研究計劃的跟進。2007年,美國國家航空航天局完成了一項向土衛二發射軌道飛行器並詳細研究南極地區羽狀噴射物的計劃的概念型研究,遺憾的是該計劃未得到進一步實施。歐洲航天局也計劃向土衛二發射探測器,該計劃將與土衛六的研究計劃捆綁實施。

「土衛六土星計劃」是美國國家航空航天局和歐洲航天局聯合提出的一項旨在探測土星系衛星(包括土衛二)的計劃,與之相競爭的則是「木衛二-木星計劃」。2009年2月,兩項計劃中將有一項被選中並得以實施,而發射時間被定位2020年前後。

3 土衛二 -基本特徵

軌道

土衛二土衛二在土星E環內運行
土衛二屬土星的內層大衛星。按距土星遠近排序,土衛二據第14位,它的軌道位於土星E環的稠密部分。土衛二在距土星中心23萬8千公里、距其雲層頂部18萬公里的地方繞其運轉,其軌道位於土衛一與土衛三之間,公轉周期為32.9小時。其軌道與土衛四的軌道成2:1的共振,即每當其完成兩個公轉周期,土衛四即完成一個公轉周期。這種軌道共振關係導致土衛二帶有0.0047的軌道偏心率,並為其地質活動提供了加熱源。

如同大部分土星的大衛星一般,土衛二的自轉與其公轉相同步,永遠都保持著同一面面向土星。不同於月球,土衛二並沒有出現自轉軸的擺動(而月球則有超過1.5°的擺動)。不過,對土衛二外形的分析表明有時候它會由於外力作用-如與土衛四的軌道共振效應-而產生自轉軌道的擾動。這種擾動亦能夠為土衛二提供額外的加熱源。

大小與外形

土衛二是一顆相對較小的衛星,平均直徑為505公里,只有月球直徑的七分之一,比不列顛島的最大長度還稍小,而其大小也和不列顛島不相上下。而亞利桑那州和科羅拉多州也能夠容得下這顆衛星。不過若論其球體面積,則比以上這些區域要大得多,它的面積達80萬平方公里,相當於莫三比克的國土面積,比得克薩斯州大15%。

土衛二的質量和直徑都位列土星衛星的第六位,居於土衛六(5150公里)、土衛五(1530公里)、土衛八(1440公里)、土衛四(1120公里)和土衛三(1050公里)之後。它也是土星擁有的最小的球狀衛星之一,除了它和土衛一(390公里)之外,其他的小衛星均為不規則形狀。

表面
土衛二土衛二地表的假色照片

1981年8月,旅行者2號在人類歷史上首次近距離地觀測土衛二。對獲得的圖像信息進行分析后,科學家們發現了至少五種不同的地形,包括撞擊坑地形、平坦地形,而在平坦地形附近,則往往分佈著山脊。另外還觀測到大量的線性地縫和懸崖。鑒於在平坦地區分佈的撞擊坑較少,科學家推測這些平坦地區的形成時間可能只有幾億年。所以,在較近的一段地質時間裡,土衛二上必然發生了諸如「水火山」之類的質地活動,才能使得原先千瘡百孔的地表平整如初。固態水即冰使得土衛二表面發生了很大變化,這使其成為太陽系中反射率最大的星體,它的可視幾何反照率高達1.38等。正因為它反射了如此之多的陽光,其平整的地表的夜間溫度僅為-198℃。

4 土衛二 -地質構造

土衛二土衛二Labtayt槽溝旁的地表特徵類似於木衛二

旅行者2號發現在土衛二上發現了幾種地質構造,包括槽溝、懸崖和山脊等。

卡西尼號的觀測表明土衛二上改變地貌的主要方式是構造作用。土衛二上發現的更加引人關注的一種地質構造是裂痕,這些峽谷能夠延伸至200公里長,寬度為5-10公里,深度為1公里。

5 土衛二 -平坦地形

土衛二土衛二表面的高解析度拼接照片
顯示了數種地質構造和撞擊坑的破損情況

旅行者2號在土衛二表面發現了兩種平坦地形。這些地形的地勢起伏較小,較之撞擊坑地形,其撞擊坑數目也很少,這表明這種地質構造的產生年代較晚。其中的典型—錫蘭平原,從照片上就未發現可見的撞擊坑。

而在錫蘭平原西南方的另一個平坦地形,則縱橫交錯著數條槽溝和懸崖。其後,卡西尼號也曾管側過這些平坦地形,其中包括了錫蘭平原和Diyar Planitia,並拍下了高解析度的照片。這些照片顯示了這些地形中其實布滿了較低的山脊和較淺的裂縫,目前認為,其中的裂縫是由於剪切形變造成的。

6 土衛二 -太空「噴泉」

土衛二土衛二噴泉假想圖

2008年3月,飛過土衛二附近的美國「卡西尼」號探測器發回照片顯示,土衛二上有類似間歇泉的冰屑和水蒸氣噴發景象,表明這顆天體上可能存在液態水。儘管照片沒有拍到液態水,但科學家認為,照片上的冰屑和水蒸氣來自土衛二地表較淺處的「地下水庫」 。

研究人員猜想,這些液態水表面為薄冰覆蓋。若覆蓋冰層出現裂隙,液態水的溫度和壓力都會急劇下降,一方面形成水蒸氣噴發,另一方面噴出水蒸氣迅速冷凝成冰屑,類似於地球上的熱泉眼,只不過溫度要低得多。

美國科羅拉多州太空科學研究所的影像分析專家卡羅琳·波爾科說,如果這個地表溫度低至零下200攝氏度的星球上存在液態水,其地下就可能存在熱源。另外,美國亞利桑那大學研究人員通過對「卡西尼」傳回資料進行光譜分析,認為土衛二南極附近可能存在少量有機物。

7 土衛二 -地下熱源

土衛二土衛二發現水蒸汽和有機物可能存在生命

科學家們對土衛二地下存在持續熱源的假說展開了研究。在會議上,有關專家提出了自己的看法:土衛二內部的放射性物質衰變就是持續熱能來源。

美國航空和航天局「卡西尼」項目主要研究人員之一丹尼斯·馬特森說,土衛二形成之初是個冰塊和岩石混合體,其中岩石部分含有兩种放射物同位素。45億年來,放射性衰變不斷,散發大量熱能,逐漸造就了土衛二岩質核心外包冰層的結構。直到今天,土衛二內部的放射性衰變也沒有停止,內核產生的熱能又進 一步融化著土衛二的中心部分。

正是這樣周而復始的放射性衰變為土衛二提供了源源不斷的熱能,並打破了其南極附近冰層的平衡,形成高溫區域,造成冰層斷裂,直接導致了「卡西尼」捕捉到的冰屑及水蒸氣噴發現象。

8 土衛二 -地表溫度

土衛二上沒有降雨,但是它表面存在間歇泉,有大量水蒸氣從它們裡面噴出,這個過程被稱作冰火山(cryovolcanism)。有關這顆衛星及其從它表面延伸出來的煙柱的確切成分,人們眾說紛紜。一些人認為,這顆衛星的流體水面上覆蓋著一層冰,另外一些人則認為,它是一顆由固體冰和岩石構成的寒冷天體。

9 土衛二 -存在生命

土衛二土衛二

美聯社分析說,這一假說具有重大意義。若經證實,土衛二便具備了產生生命的三大條件:持續的熱源、有機物和液態水。馬特森說:以土衛二的內部條件,它曾經或仍然可能發生生化反應。

當然,一切假說畢竟只是一種合理猜測。現在斷言土衛二上是否存在生命為時尚早。2008年3月,「卡西尼」將再次飛到距土衛二僅350公里處觀測。屆時,可能將有更多太空奧秘被逐一揭開。土衛二可能是土星的稀薄的E光環中物質的供給源。另外由於這物質不可能在光環中存在數千年之久,它可能與土衛二最近的活躍有關。另外光環也有可能是由高速的不斷碰撞的粒子與不同的衛星共同維繫。

據《新科學家》雜誌報道,美國普林斯頓物理學家和未來學家弗里曼·代森表示,寒冷的土衛二上可能存在開花植物的這樣的生命,因為在地球北極地區就發現有開花植物,而北極和木衛二的環境非常類似,因此太空船應該在木衛二上尋找花朵,這很容易發現。

2012年科學研究情況

 

土衛二藝術示意圖:美國宇航局卡西尼號土星探測器近距離考察土衛二噴泉系統

在土衛二的南極地區有超過90處不同大小的噴泉,不斷噴射出水汽,冰晶粒子和其它有機化合物。卡西尼探測器已經幾次穿越這一太空噴泉進行考察,其噴出的物質中除了水和有機物之外還有鹽分。該鹽分的濃度和地球上海洋中鹽分的濃度水平相當。對土衛二南極地區的這些裂隙進行的熱測量顯示這裡的溫度高達-120華氏度(約合-84攝氏度)。如果將這些熱量收集起來,可以獲得160億瓦特的熱能資源。這顆小小的衛星由於有了這個地下海洋,有機物質和能量源,它將有可能擁有和地球上類似環境中生存的相似的生命形式。

土衛二上的這種生態環境看起來和地球上地底深處的一些區域非常相似。在一些火山岩層下方存在豐富的熱能和液態水。在這些地方已經發現有微生物在此繁衍生息,它們以氫氣和二氧化碳為食,併產生甲烷氣體。這些氫氣是由液態水和炙熱的岩石相互作用形成的,而之後生成的甲烷氣體則再次被循環,重新生成氫氣,構成一個相對封閉的生態循環系統。這一系統的運作是完全沒有陽光或其它任何依賴陽光的機制所參與的。但是讓土衛二尤其顯得與眾不同的一點還在於,它的宜居環境相對而言非常容易抵達。

上一篇[坐式腹肌練習器]    下一篇 [三摩提]

相關評論

同義詞:暫無同義詞