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土星周围的光环是什么物质组成的?


最佳答案 - 由投票者1年前选出

土星的光环一直以来刺激起人们无限的遐想,也给人无穷的灵感,让我们把它们描绘成最美丽的形象,但是这种神秘的光环却像有意躲避科学一样,至今仍没有一个科学的解释。

  如今,来自17个不同国家的研究人员组成的小组把他们的希望寄托在一个6吨重、载有特殊工具、整个工程耗资高达30亿美元的卡西尼宇宙飞船上。当地时间6月30日,卡西尼将进入土星轨道,科学家预测,在经过七年的漫长旅途后,卡尼西进入土星轨道应该不会遇到任何障碍。

  美国宇航局卡西尼项目经理罗伯特·米切尔于29日表示,七年之旅都让科学家等白了头,但总的来说,这是一次非常愉快的经历,七年之旅即将跑到终点。他说:“我们期待着他能非常顺利地进入轨道。”

  卡西尼宇航飞船被认为是科技含量最高的太空探测器,它即将进入土星的轨道、窥探它美丽奇异的光环,揭示出深藏不露的秘密。其实,卡西尼早就探测过土星的一个名叫“菲比”(Phoebe)的外围“月亮”,近距离地观察过这颗土星的月亮,发现它的上面被冰片覆盖着,其特性与彗星极为相似。如今,科学家们期待着更详细地了解土星、它的内围月亮以及它那神秘的光环,当6月30日卡西尼宇宙飞船穿过两块尘埃光环空隙进入土星轨道后,这一切就有可能变成现实。

  科学家有许多关于土星光环的问题希望得到这艘宇宙飞船帮着回答,比如是什么物质让土星的光环闪着大麻哈鱼的颜色?它们奇异的波纹后面隐藏着什么少年了?它们还要在土星轨道上存在多少年?这次土星光环探测计划是美国航空航天局与欧洲合作进行的,参与该计划的土星问题专家琳达·斯皮尔科说:“这次任务将会打开一个全新的世界,那些神秘莫测的东西也会变得清晰。”

  对于土星光环的了解意义重大,当人类了解了这种光环包含什么样的物质以及它们如何和何时形成的时,人类也将有可能了解一个更广阔的图画,那就是太阳系是如何形成的。土星周围那个由岩石和冰组成的光环是太阳系微缩的象征,因为科学家相信行星都是由相同的宇宙碎片形成的。

  光环形成的时间可能不长

  这不是宇宙飞船第一次进入土星的世界,上个世纪70年代和80年代初,早期的探测器飞过这颗行星的身边,并很快就发回了照片,但没有哪一次会像卡西尼这次一样将会离土星这么近。美国航空航天局艾姆斯研究中心的行星科学家杰夫·库兹说:“我们这次不是要去得到一种粗糙的光谱,而是要绘制光环的光谱中每一次碰撞和每一次摆动的详细图像。”

  从远处看,土星的光环就像一条平滑的带子围绕着土星,但从近看观察,却完全不是这个样子,而是由冰块以及岩石碎片组成的,这些东西小的如灰尘,大的则像谷仓那么大,正是这些冰块才让整条光环闪闪发光,就像土星表面的光亮一样。而正是这种闪光让像库兹这样的科学家猜测土星光环可能非常年轻,仅仅几千万光年。据信,当这条光环围绕土星旋转时,把彗星的尘埃也席卷了去。土星光环看起来还没有变得“很暗”,这个事实也让科学家相信它们是最近才形成的。事实上,也许恐龙早在土星获得光环前就已经游荡在地球上了。库兹说:“关于土星光环形成的时间是一个我们要解答的大问题,有人认为,它们也许只有太阳系年龄的10%。”

  尽管人类还不是特别了解,但还有几颗行星有光环,包括木星、天王星和海王星等,但这些星的光环比土星的光环要昏暗得多,也许也老得多。科学家希望通过分析土星光环中的碎片是如何随着时间发生变化的来推测它们的年龄以及它们还要在其轨道上存在多长时间,当然也要推测它们是如何在第一地点形成的。其实,就连光环构成的物质具体是什么也没有人说得清,也许是某颗月亮的碎片,也许是破碎了的彗星的残留物。

  土星光环与众不同的样式还揭示,土星轨道上一些未被发现的小月亮以及进入光环碎片中的太空岩石。卡西尼小组成员的脑子里还有一个问题,那就是:是什么让土星光环有一种不同寻常的颜色?有一种理论认为这种颜色是由有机体造成的,也许是来自一些被毁坏的红色月亮,这些物质被碰撞成碎片进入了土星的光环,因而让光环也发出红色。

  为了解开土星光环的颜色之谜,卡西尼宇宙飞船将使用一种特别的照相机,这种照相机可以通过15种不同的滤波器来解读颜色,库兹说,他们希望通过分析光环不同的阴影从本质上“破译”光环里到底包含着什么物质。他说:“不同的分子具有不同的颜色频谱吸收率,这样你就可以确定是硅酸盐岩石呢,还是冰,或者是别的什么。”

  寻找“提坦”

  就像土星的光环给科学家提供一些线索来研究太阳系是如何形成的一样,这次研究的另一个大目标就是土星最大的一颗月球“提坦”(Titan),而提坦也可以给科学家提供一种线索研究地球最早的环境。到目前为止,科学家知道这颗土星的月亮有主要由氮气组成的大气层,含有有机物质,非常寒冷(零下300度),上面有产生甲烷的物质,也许还有火山,除这些外,科学家真的对它知道得很少。卡西尼图像科学小组组长、科罗拉多“太空科学协会”高级研究科学家卡罗林·帕科说:“提坦在许多方面与地球有共同之处,它也许会告诉我们有关我们自己很久以前的历史,在那段历史时期,地球上只有一些有机物,它们后来发展成生命,这是我们孜孜追求的一个目标。”

  卡西尼宇宙飞船的整体花费高达33亿美元,将于6月30日飞近土星,然后放慢速度进入土星轨道,30小时后,就可以看到提坦。明年1月,将探测神秘的提坦表面。卡西尼将在土星轨道飞行4年,在这段时间里,它会发回大量的图片,毫无疑问,这些图片将会更多地激发人们对土星进行更加诗意的描述,当然,这非常美好,不过,科学家更希望除了诗意外,这些图片还给帮助他们科学地解释土星、土星的光环、太阳系、甚至地球上发生的一些事情。

1 楼          时间:2008-1-8

为了探索土星及其卫星土卫六的探索飞行器卡西尼在1997年10月15日发射成功。它正在四倍重力的动力下沿途经金星的路线访问土星,并将在2004年7月1日到达土星。



土星是离太阳第六远的行星,也是九大行星中第二大的行星:

公转轨道: 距太阳 1,429,400,000 千米 (9.54 天文单位)
卫星直径: 120,536 千米 (赤道)
质量: 5.68e26 千克

在罗马神话中,土星(Saturn)是农神的名称。希腊神话中的农神Cronus是Uranus(天王星)和该亚的儿子,也是宙斯(木星)的父亲。土星也是英语中“星期六”(Saturday)的词根。(请参见 附录 4).

土星在史前就被发现了。伽利略在1610年第一次通过望远镜观察到它,并记录下它的奇怪运行轨迹,但也被它给搞糊涂了。早期对于土星的观察十分复杂,这是由于当土星在它的轨道上时每过几年,地球就要穿过土星光环所在的平面。(低分辨率的土星图片所以经常有彻底性的变化。)直到1659年惠更斯正确地推断出光环的几何形状。在1977年以前,土星的光环一直被认为是太阳系中唯一存在的;但在1977年,在天王星周围发现了暗淡的光环,在这以后不久木星和海王星周围也发现了光环。

先锋11号在1979年首先去过土星周围,同年又被旅行家1号和2号访问。现在正在途中的卡西尼飞行器将在2004年到达土星。

通过小型的望远镜观察也能明显地发现土星是一个扁球体。它赤道的直径比两极的直径大大约10%(赤道为120,536千米,两极为108,728千米),这是它快速的自转和流质地表的结果。其他的气态行星也是扁球体,不过没有这样明显。

土星是最疏松的一颗行星,它的比重(0.7)比水的还要小。

与木星一样,土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水,甲烷,氨气和一些类似岩石的物质组成。这些组成类似形成太阳系时,太阳星云物质的组成。

土星内部和木星一样,由一个岩石核心,一个具有金属性的液态氢层和一个氢分子层,同时还存在少量的各式各样的冰。

土星的内部是剧热的(在核心可达12000开尔文),并且土星向宇宙发出的能量比它从太阳获得的能量还要大。大多数的额外能量与木星一样是由Kelvin-Helmholtz原理产生的。但这可能还不足以解释土星的发光本领,一些其他的作用可能也在进行,可能是由于土星内部深层处氦的“冲洗”造成的。

木星上的明显的带状物 在土星上则模糊许多,在赤道附近变得更宽。由地球无法看清它的顶层云,所以直到旅行者飞船偶然观测到,人们才开始对土星的大气循环情况开始研究。土星与木星一样,有长周期的椭圆轨道(右侧图象中心的大红斑)以及其他的大致特征。在1990年,哈博望远镜观察到在土星赤道附近一个非常大的白色的云,这是当旅行者号到达时并不存在的;在1994年,另一个比较小的风暴被观测到。(左图)

从地球上可以看到两个明显的光环(A和B)和一个暗淡的光环(C),在A光环与B光环之间的间隙被称为“卡西尼部分”。一个在A光环的外围部分更为暗淡的间隙被称为“Encke Gap”(但这有点用词不当,因为它可能从没被Encke看见过)。旅行者号发送回的图片显示还有四个暗淡的光环。土星的光环与其他星的光环不同,它是非常明亮的。(星体反照率为0.2 - 0.6)

尽管从地球上看光环是连续的,但这些光环事实上是由无数在各自独立轨道的微小物体构成的。它们的大小的范围由1厘米到几米不等,也有可能存在一些直径为几公里的物体。

土星的光环特别地薄,尽管它们的直径有250,000千米甚至更大,但是它们最多只有1.5千米厚。尽管它们有给人深刻印象的明显的形象,但是在光环中只有很少的物质--如果光环被压缩成一个物件,它最多只可能是100千米宽。

光环中的微粒可能主要是由水凝成的冰组成,但它们也可能是由冰裹住外层的岩石状微粒。

旅行者号证实令人迷惑的半径的不均匀性在光环中的确存在,这被叫做“spokes(辅条)”,这是首先由一个业余天文学家报道的(左图)。它们的自然本性带给了我们一个谜,但使得我们有了弄清土星磁场区的线索。

土星最外层的光环,F光环,是由一些更小的光环组成的繁杂构造,它的一些“绳结(Knots)”是很明显的。科学家们推测这些所谓的结可能是块状的光环物质或是一些迷你的月亮。这些奇怪的织状物在旅行者1号发回的图象中很明显,(右图)但它们在旅行者2号发回的图象中看不见,可能是因为后者拍到的光环部分的成分与前者的略有不同。

 
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