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土衛六(Titan,泰坦)是土星最大的一顆衛星。由荷蘭物理學家、天文學家和數學家克里斯蒂安·惠更斯於1655年3月25日發現,它也是在太陽系內繼木星伽利略衛星發現后發現的第一顆衛星。由於它是太陽系唯一一個擁有濃厚大氣層的衛星,因此被視為一個時光機器,有助人類了解地球最初期的情況,揭開地球生物如何誕生之謎。2011年11月,科學家推出宜居星球排行榜,土衛六列榜首。

1 土衛六 -概述

土衛六土衛六

土衛六的英文名稱「泰坦」,是土星最大的衛星,也是太陽系中的第二大衛星,在太陽系中它的大小僅次於木星最大的衛星木衛三。但2012年初的觀測也顯示其濃密的大氣可能使人們過高估計了土衛六的直徑, 如同許多其他的衛星一樣,土衛六比冥王星的質量和體積都要大。





2 土衛六 -名稱來歷

土衛六的發現者惠更斯簡單地把它稱為Saturni Luna(土星的衛星)。其他另外七顆當時已知的土星衛星的名稱來自約翰·赫歇爾爵士(約翰·赫歇爾是威廉·赫歇爾爵士之子,威廉·赫歇爾本人發現了土衛一和土衛二),約翰·赫歇爾在1847年出版的《在好望角天文觀測的結果》一書中把這顆新衛星命名為泰坦,泰坦在神話中是克羅諾斯(即希臘神話中的薩坦-Saturn-土星)的妹妹。

3 土衛六 -物理特性

土衛六平均半徑2575千米,質量1.345×1023千克,平均密度1.880×103千克/立方米。

土衛六環繞土星公轉軌道半長徑為1221850千米,偏心率0.0292,軌道平面與土星赤道面的交角為0.33°,公轉周期15天22時41分24秒。土衛六的自轉周期與公轉周期相同,這一點與月球類似。土衛六有濃密的大氣,主要成分是氮,表面大氣壓力1.5×105帕斯卡,表面溫度-178℃。

土衛六土衛六類似早期地球

土衛六質量與木衛三,木衛四,海衛一,小行星134340大體類似。土衛六一半是水冰一半是固體材料。在多個不同結晶狀冰層的3400千米下有一個固體核心。其核心內部應該仍然熾熱。雖然土衛五以及其他的土星衛星也類似,但土衛六的核心密度更大,這是因為它體積巨大造成重力壓縮其內部造成的。

土衛六大氣的94%是氮氣,那裡還有大量不同種類的碳氫化合物殘餘(包括甲烷、乙烷、丁二炔、甲基乙炔、丙炔腈、乙炔、丙烷),以及二氧化碳、氰、氰化氫和氦氣。這些碳氫化合物被認為來自於土衛六上層大氣中的甲烷。當甲烷因為太陽輻射而發生反應就會產生濃密的桔紅色煙雲。土衛六表面那像是被塗上了一層柏油的有機物沉澱叫做tholin。土衛六沒有磁場保護,所以當它有時運行在土星的磁氣層外時,便直接暴露在太陽風之下。這導致大氣電離並在大氣上層釋放出一些分子。

土衛六的大氣中會有少量的水蒸氣存在。其表面除了覆蓋全球的迷霧之外也有各種不同的雲。雲可能是由甲烷,乙烷或簡單的有機物組成。其他稀有的複雜化學物質是土衛六在太空外觀呈現橙色的原因。

4 土衛六 -表面特徵

2004年11月26日的一次飛越土衛六的觀測,發現土衛六光滑的表面上只有很少的衝擊環形山,這些環形山在光線的作用下明暗對比強烈。這大概是土衛六烴雨或烴雪落入環形山或火山噴發活動活躍造成的經常地殼重構所致。

藝術示意圖:土衛六上的沙丘。這座沙丘高達100米左右,一英里寬。其成分更像是固態的石油,而非沙粒。藝術示意圖:土衛六上的沙丘。這座沙丘高達100米左右,一英里寬。其成分更像是固態的石油,而非沙粒。

探測器的分光器發現亮區和暗區發射的太陽光波長一樣,這就意味著它們可能由相同的物質組成(或者至少是覆蓋著相同的物質)。至於到底是什麼物質,人們依然不清楚。人們曾希望憑藉探測器觀測物體或液體反射光線而發現的烴湖或烴海並未被探測到。這使得科學家懷疑土衛六表面可能是完全呈冰狀或泥濘狀態。

為了更好地了解表面地貌,卡西尼太空船在飛近土衛六時使用了雷達遙感測繪技術。傳回的第一張圖片就展現地表是一個複雜,崎嶇與平坦並存的區域。這種地貌看來應該是由火山造成的。火山可能噴發出水和氨水。另外也發現了一些好像風蝕產生的條紋狀地貌。還有一些看起來是已經被填平的衝擊環形山,其中的液體可能是液態烴。湖中有或沒有什麼現在仍然無法確定。另有一些區域返回的信號看來,可能是固體或液體,但其他的解釋仍然存在。

地表溫度

天文學家認為,這顆衛星的寒冷程度超過南極洲,其平均地表溫度低達零下292華氏度(零下180攝氏度)。科學家表示,雖然土衛六上如此寒冷,會使水始終保持固體狀態,但是它上面的風、雨,使它成為太陽系中與地球最相像的天體。

5 土衛六 -宜居指數

2011年11月,一支由美國華盛頓州立大學科學家領導的國際研究團隊對多個可能宜居的行星和衛星進行綜合評估,設計出行星宜居度指數和地球相似度指數兩大指標體系,對可能存在外星生命的星球進行可能性排序。

地球相似度指數是用來評估行星或衛星與地球究竟相似到何種程度,該指數考慮的因素包括星球大小、密度以及與主恆星的距離等。行星宜居度指數需要考慮許多不同的因素,如星球表面究竟是岩質的還是冰凍的、星球是否有大氣層、是否有磁場等。此外行星宜居度指數還考慮生物體是如何獲得能量的,是利用主恆星的光能還是通過一種被稱為「潮汐可撓性」的過程獲得能量。化學因素也是行星宜居度指數考慮的因素之一,如是否存在有機化合物等。

根據研究結果,地球相似指數最高的為系外行星Gliese 581g,分值為0.89。而土衛六的宜居指數為0.64,在諸多行星及衛星中位居首位。


6 土衛六 -探測記錄

土衛六土衛六較黑暗地域像一隻貓

旅行者1號和旅行者2號曾經檢視過土衛六。旅行者1號曾試圖儘可能的接近土衛六;不幸的是,旅行者1號上沒有儀器能夠穿透土衛六上的迷霧,因為當時不知道上面有雲層的存在。

2004年7月1日,卡西尼—惠更斯號到達土星,並且使用雷達測量土衛六表面地形。

2004年11月26日,卡西尼—惠更斯號在飛躍到土衛六上方並且拍摂下很多高解析度的土衛六表面圖像,展現了人眼從來沒有見過的明暗斑塊。

2004年12月25日,卡西尼—惠更斯號釋放出了惠更斯號,惠更斯號在2005年1月14日進入土衛六大氣層進行詳細探測。

2006年12月26日,土衛六北極地區的薄霧和雲層。「卡西尼」號探測器的土星之旅開始於2004年7月。在「卡西尼」號土星之旅的大部分時間裡,由乙烷和甲烷 組成的薄薄雲層籠罩著土星北極的湖泊。 

2009年8月25日,行星科學家在「卡西尼」號分光計數據中首次發現了一處奇怪的環形地形,並將其命名為「帕克西」。 隕石坑通常是由小行星、彗星和流星撞擊而成,是研究星球表面的地形年代和侵蝕程度的理想工具。

開裂穹窿構造:科學家們在卡西尼探測器的圖像中識別出這一構造地貌,這可能是由於高溫岩漿上涌引發的穹窿開裂構造開裂穹窿構造:科學家們在卡西尼探測器的圖像中識別出這一構造地貌,這可能是由於高溫岩漿上涌引發的穹窿開裂構造

2012年3月,13項關於土衛六的研究發現了此前在該星球表面從未發現過的隕石坑和河流三角洲,同時繪製出更為精確和細緻的土衛六表面和內部地圖。這些研究成果都來自於美國宇航局「卡西尼」號探測器近8年來的探測數據,科學家們的研究論文發表於2012年1月出版的《行星與太空科學》雜誌之上。

2012年6月,《自然》雜誌公開的論文稱,「土衛六」上一處位於熱帶的區域在近紅外光譜圖像中顯示存在暗區,極可能是大隱隱於乾旱區的湖泊,而甲烷的來源則是地表下的液態甲烷綠洲。此發現將擴大該衛星上生命可能起源的範圍

2012年7月,據美國宇航局網站報道,來自卡西尼探測器的數據顯示土星最大的衛星土衛六冰封的地下可能存在一個液態水層。有關這一發現的論文已經被發表在《科學》雜誌上。

2012年10月,根據美國宇航局卡西尼號探測器發回的圖像,科學家們在土衛六上辨認出一些巨大的高溫穹窿形構造。這很像烘烤麵包時看到的情況,當進行烘烤時,麵包的表皮會凸起並開裂。科學家們認為在土衛六上,正在發生相類似的情形。研究人員在土衛六表面觀測到的一條長約70公里的狹長裂谷是由於下部物質受熱上涌引起的地表開裂,這種上涌的物質有可能是岩漿。

2012年12月,卡西尼號土星探測器拍攝到土衛六上的神秘河道,酷似埃及的尼羅河,構成了壯觀的河流系統,科學家認為土衛六上存在太陽系中除地球之外唯一的液態物質循環體系。

土衛六大氣環境非常寒冷的,這意味著即便是有水存在也無法自由流淌。科學家認為土衛六上的液體由液態甲烷、乙烷等碳氫化合物組成。有趣的是,在卡西尼號探測器顯示的土衛六河流系統並不是一個完整通暢的溝渠,而是存在部分的斷層線,這個信息暗示了土衛六基岩中存在斷裂現象。

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