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关于土星卫星的十大未解之谜

admin 2019-06-07 317人围观 ,发现0个评论

NASA卡西尼号宇宙飞船于2005年9月22日拍照的这张图片显现,以狄俄涅(Dione)命名的冰质卫星土卫四漂浮于这颗巨大的行星前。

来历: NASA / 喷气推动实验室(JPL)/空间科学研讨所(Space Science Institute)

关于土星的奥妙远不止其宏伟的光环,还有许多不知道待咱们去不断地探究,这颗行星还具有62颗奇特的卫星。土卫六泰坦(Titan)是土星卫星中最大的一个,比月球还大。Titan外表温度极低,以其稠密、模糊的大气层和液态甲烷海洋而出名。土卫二恩克拉多斯(Enceladus)看起来像是一个亮堂的白色冰球,却在冰冻的外壳下包裹着液态水海洋。它的南极邻近的区域有继续喷射的水柱,这些射流由其外表巨大的裂沟和裂隙中喷出。土卫十八潘(Pan)是土星最内侧的一颗卫星,它的轨迹坐落土星光环A环中的恩克环缝内,其形状奇怪共同,看起来像一个意大利方饺(ravioli)。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乃至还发现了一个在土星环内旋转的天体“佩吉”(Peggy,非官方命名),它或许是一颗正在构成或崩溃的卫星。

虽然咱们已对这些卫星的惊人之处略知一二,但关于土星卫星群以及它们能给咱们供给哪些关于太阳系演化的常识,仍旧还有许多悬而未决的问题。这篇文章中列举了科学家们正在尽力解开的很多疑团中的十大未解之谜。

艺术家笔下的土星环和其首要的冰质卫星

来历:NASA/JPL

1. 土星卫星的年纪有多大?

许多行星的卫星构成时刻都能够追溯到40多亿年前,与太阳系其他天体构成时刻相同。尤其是土星的一些较大的卫星外表上遍及的陨石坑,为证明其悠长前史供给了依据。但最近的模型则指出土星的一些卫星或许相对年青一些,仅有1亿年乃至更短的前史。

科学家们判别土星年纪的办法之一是经过调查卫星环绕土星工作的间隔。行星和其卫星之间的引力就像是一场拔河比赛,在一段十分绵长的韶光中缓慢地将卫星轨迹不断推离行星。(比方月球每年都在以指甲成长的速度远离地球。)最近的研讨标明,假如土星的卫星和太阳系相同陈旧,那些挨近土星环的卫星现在应该现已被推到很远了。这必定论与布满陨石坑的卫星外表所标明的年纪相对立,但为现阶段探究土星系前史供给了新的思路。

卡西尼号飞船将其摄像头转向土卫一米玛斯(Mimas),并对其外表巨大的赫歇尔陨石坑( Herschel Crater)进行监测,陨石坑自身看起来就像眼睛的虹膜,正向外凝视着太空。

来历: NASA/JPL/Space Science Institute

2. 土星的卫星都是一同构成的吗?

咱们以为土星的卫星不全是一同构成的。事实上,现在仍有一些小卫星正在土星环的外边际构成。其间一些卫星,包含最小最挨近土星的首要卫星,土卫一Mimas,或许是由构成土星环的相同物质所构成,这就意味着土卫一Mimas的年纪也或许比咱们之前所想的要年青得多。构成它的物质或许包含散裂在在土星周围的彗星和小行星的碎片。或许关于土星卫星的十大未解之谜也或许是一些前期卫星由于磕碰构成碎片或被引力搬迁而太过于挨近土星,在其强壮的引力效果下被撕裂。别的一种理论以为在太阳系构成后10亿年左右,行星方位发作了重排,一同也影响了周围的小天体,它们由于引力效果被投掷的处处都是并不断发作磕碰,为构成新卫星供给了潜在的资料。

也有痕迹显现,一些卫星或许是被土星“领养”的。比方外表布满“青春痘”(陨石坑)的土卫九菲比(Phoebe)或许就来自很远的当地,在某个时刻点被土星引力捕获。咱们之所以这么以为,是由于构成土卫九Phoebe的物质来自太阳系远端,这远远超出土星系的规模。此外,它是以反方向环绕土星工作的,即所谓的“逆行轨迹”。土星还有许多处于逆行轨迹上的小的外环卫星,它们的轨迹相对于土星赤道有必定的倾斜角,种种痕迹均标明这些或许是被捕获的天体,而不是与其他卫星一同构成的。

这张由NASA卡西尼号宇宙飞船拍照的实在五颜六色快照显现,土星最大的卫星土卫六Titan的五颜六色球体从土星及其光环前方经过。

来历: NASA/JPL/Space Science Institute

3.为什么土星的大型卫星比木星少?

木星是一颗比土星还要大的气态巨行星,它有四颗大卫星(到2019年,已知的79颗木星卫星中)。这四个卫星被称为“伽利略卫关于土星卫星的十大未解之谜星”,是以17世纪初第一次发现了它们的天文学家伽利略的姓名命名的。这四个卫星分别是为木卫一伊娥(Io)、木卫二欧罗巴(Europa)、木卫三盖尼米得(Ganymede)和木卫四卡利斯托(Callisto)。而土星只要一个与之体积适当的卫星,即土卫六Titan。咱们不知道为什么木星的大型卫星完好无缺,但土星的大部分卫星却好像被土星的引力和磕碰撕裂成碎片。一种或许性是木星大型卫星的轨迹间隔木星较远,被木星引力撕碎的危险就相对较低一些。

土卫一Mimas最近才刚刚构成了环外缘(ansa),并开端向右移动。

来历: NASA/JPL/Space Science Institute

4. 为什么有些卫星具有液态水海洋,而另一些则却十分干旱?

卫星年纪在这里就起到效果了。经过NASA卡西尼号宇宙飞船长时刻的近间隔观测,咱们发现土卫二Enceladus和土卫六Titan外表存在液态水海洋,土卫四Dione或许存在液态水海洋。可是为什么土卫一Mimas却没有呢?它比土卫二Enceladus更挨近土星,因而更简略遭到这两个天体之间潮汐引力改变的影响,发作的热量足以保持其内部液态海洋的存在。行星科学家马克•内沃(Marc Neveu)在4月1日宣布在《天然-天文学》上的一篇论文中标明,假如能证明土卫一Mimas是一颗相对年青的卫星的话,就能解说它为什么这么枯燥了。

他的研讨标明,土卫一Mimas构成或许不到10石加乐亿年,是由土星环中的松懈物质构成。在这个假定的场景中,当碎片合并成土卫一Mimas时,它现已在之前的数十亿年间逐步失去了放射热(岩石中某些化学元素经年累月的核衰变所发作的热量)。假如没有内部的放射热,土星的引力永久无法让土卫一Mimas严寒而坚固的外表揉捏并加热到足以将其冰融化成水、构成液态水海洋的程度。虽然如此,仍是有一些依据标明土卫一Mimas上或许存在海洋。卡西尼号发现,这颗小卫星在自转时摇摆不定,这个疑团的成因或许是其不规则形状的固态内核,也或许是在其严寒外表下存在一个波涛汹涌的海洋。

在这有目共睹的现象中,咱们能够看到土卫二Enceladus的间歇泉盆地,以及面对着土星的巴格达和大马士革裂缝的止境。间歇泉的源头是土卫二Enceladus的地下液体海洋。

来历:NASA/JPL/Space Science Institute

5. 卫星上的海洋和地球海洋类似吗?

与地球上的海洋相同,土卫二Enceladus上的海洋也是咸的。经过盐度可标明,海水或许正在与卫星的岩石内核发作化学效果,增加了这片海洋对简略生物是宜居的或许性。在地球上,此类相互效果为生活在海平面之下数英里的漆黑海底的生物供给了能量和营养。土卫二Enceladus上也会发作相同的工作吗?土卫六Titan也有液态水海洋,但科学家还不知道这片海洋是否存在与海底岩床或冰层的相互效果。

2009年11月26日,卡西尼号观测到土卫三特提斯Tethys消失在土卫六Titan背面。

来历: NASA/JPL/Space Science Institute

6. 这些海洋有多少年的前史?

它们很或许现已存在了数十亿年,由于卫星构成之后,很难构成地下海洋。虽然巨大的碰击被以为是一种或许性,科学家们仍未找到一个清晰的解说来阐明土卫二Enceladus上的海洋开始是怎么构成的。相对而言,土卫六Titan的海洋或许是40多亿年前与其卫星自身一同构成。它或许是被土卫六Titan深处的放射性衰变热熔化的成果,或许是被碰击发作的热熔化的成果,也或许是这些要素归纳效果的成果。由于土卫六Titan的轨迹离土星太远,能够扫除引力牵引发作的热量。

从远处能够看到土卫二Enceladus诱人的南极喷流,在阳光照耀下在背面,卫星自身在反射的土星光线中宣布柔软的光辉。

来历: NASA/JPL/Space Science Institute

7. 海洋里有生命存在吗?

咱们尚不知道土星卫星内部的海洋是否有含有保持生命的必要成分,但有一些风趣的痕迹标明它们或许含有这些成分。土卫二Enceladus是NASA寻觅地球以外生命的首要方针之一,由于它好像含有三种最重要关于土星卫星的十大未解之谜的生命组成成分:正确的化学成分(如碳或氢)、可用动力和液态水。

2015年当使命挨近结尾时,NASA卡西尼号宇宙飞船穿过土卫二 Enceladus 喷射的水柱时勘探到了氢分子。这有助于加强土卫二Enceladus的宜居性,由于氢是地球上热液喷口邻近茁壮成长的生物的重要食物来历。

土卫六Titan只要地球的一半巨细,其诱人之处不只在于其内部的海洋,还在于其稠密而富含氮的大气层,以及杂乱的碳化学成分。不管否有生命存在,土卫六Titan都是一个生命化学的优秀天然实验室。

图中显现的是环内卫星土卫三十五达佛涅斯(Daphnis)当在基勒环缝(Keeler Gap)内工作时,会在环粒子之间激起“波涛”

来历:NASA/JPL/Space Science Institute

8. 卫星们会永久陪同土星吗?

土星的首要卫星或将永久环绕这颗行星工作,但一些更小更软弱的环状卫星或许会消失。由土星环内的松懈物质发作的较年青的小卫星更有或许发作毁灭性的磕碰,并被重力潮炸毁。

2006年3月13日,卡西尼号宇宙飞船上的窄角相机拍下了这张土星及其光环的相片,相片中土星环处于边际方位。该相片中还呈现了土卫一Mimas和土卫十Janus(坐落土星环上方),和土卫三Tethys(坐落土星环下方)。

来历:NASA/JPL/Space Science Institute

9. 为什么离土星近的卫星以如此快的速度远离土星?

跟着时刻的推移,卫星往往会渐渐远离它们的母星,这是一种天然现象。土星内部也被其许多卫星的引力牵引着,使其离卫星更近一些。(就像月球的引力牵引地球上的海洋,发作潮汐相同。)一同土星的引力也会牵引卫星。这就像一场拔河比赛,土星迫使其卫星进入越来越宽的轨迹,将它们推离土星更远。就像坐在快速旋转的旋转木立刻的孩子们被面向外缘相同,土星的卫星也被逐步推离土星。

NASA外部研讨人员进行的一项剖析标明,考虑到土星的一些环内卫星离土星十分近,它们向外移动的速度或许比预期的要快。科学家们将卡西尼号10年来对土星卫星轨迹的丈量成果与保存在拍摄板上的100年前的望远镜图画进行了比照剖析。他们的剖析标明,这些卫星“还很年青”,否则在土星构成后的46亿年里,它们会被推离土星更远的当地。虽然这个主意很风趣,卡西尼号的研讨人员标明100年的观测时刻不太或许满足长到足以区分这些卫星轨迹的改变。

那么,它们是在远离土星吗?从某种意义上来说,是的,就像地球的卫星月球相同。不过,关于土星卫星的十大未解之谜所触及的时刻很或许比太阳系的预期寿数还要长(即数十亿年)。

土星环或许是太阳系中任何一个国际中最被认可的特征。土星环首要由巨细不等的水冰颗粒组成,小如沙粒,大至如山。

来历: NASA/JPL/Space Science Institute

10. 说完卫星们,来说说土星环是怎么回事?

实际上,土星环正在消失,存立其间的小卫星们也正在消失。研讨人员以为它们或许会在1亿年内消失。在重力效果下,土星环逐步被拽入土星,构成一场由冰粒雨,冰粒巨细如尘土。

参阅

https://solarsystem.nasa.gov/news/911/10-things-unsolved-mysteries-of-saturns-moons/

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