我们从 NASA 卡西尼任务中学到的 5 件最令人惊叹的事情

土星探测器“死亡螺旋”将于周日开始
卡西尼号将于 4 月 23 日星期日开始其绕土星的最后一系列轨道运行。在 22 次穿越气体巨星与其环之间的缝隙后,卡西尼号将坠入气体巨星的大气层并于 9 月 15 日蒸发。插图由 NASA/JPL-Caltech 提供

经过 20 年,数千张精美的照片和大量的科学研究,卡西尼号航天器终于准备退役了。但这艘老航天器不会在海滩上悠闲度日;相反,它将辉煌地结束任务。更具体地说,NASA 计划将其坠入土星大气层,在那里它将熔化并蒸发

卡西尼号的最后一次任务将于 4 月 23 日星期日开始,航天器将开始最后一次绕行进入土星与其环之间的空间。在完成 22 次穿越这片未知区域,探测土星的上层大气后,卡西尼号将于 9 月 15 日冲入大气层并结束使命。

我们还有几个月的时间来欣赏卡西尼号将继续传回的照片和数据,而且这艘航天器无疑还有一些尚未揭示的发现。但随着任务接近尾声,让我们回顾一下这艘航天器多年来取得的所有成就。

5. 解决了黑白两色之谜

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土卫二伊阿珀托斯 (Iapetus) 有明亮的一面和黑暗的一面,卡西尼号揭示了原因。NASA

土卫二伊阿珀托斯在 1600 年代就让天文学家感到困惑,因为它有时似乎会消失。最终他们意识到,它的一面是漆黑的,而另一面则洁白如雪。它的奇特启发了阿瑟·C·克拉克在《2001:太空漫游》中将一个外星纪念碑藏在伊阿珀托斯 (Iapetus) 的黑暗一侧。

卡西尼号近距离飞掠了这颗阴阳月球(距离仅 1000 英里),帮助辨别出这种独特的颜色是如何形成的。伊阿珀托斯 (Iapetus) 与土星潮汐锁定,这意味着月球的同一面总是朝向气体巨星。这意味着当它绕轨道运行时,另一面总是面向前进方向。就像挡风玻璃上的虫子一样,来自土星环和卫星的碎片撞击到月球的那一面,形成了黑暗的颜色。反过来,黑暗的一面更容易加热,因此其冰会不断升华并转移到白色的一面,在那里沉积并增加其亮度。

4. 发现了新的卫星

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卫星达芙妮 (Daphnis) 在土星环中开辟了一条路径。它是卡西尼号航天器发现的众多卫星之一。NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

土星有 50 多颗卫星绕其运行,可能还有一些尚未被探测到或确认的卫星。卡西尼号帮助发现了一些,包括:安泰 (Anthe);小卫星埃该翁 (Aegaeon);图中所示的美丽的达芙妮 (Daphnis),它在土星环中开辟了一条路径;蛋形的墨托涅 (Methone)帕琳 (Pallene);以及波吕丢刻斯 (Polydeuces)。该航天器还让我们近距离看到了土星的其他卫星,例如海绵状的土卫七 (Hyperion)饺子状的土卫一 (Atlas)

3. 土卫六泰坦 (Titan) 惊人地像地球

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土卫六泰坦:另一个黯淡的蓝色小点。卡西尼号揭示了这个朦胧的卫星覆盖着甲烷湖泊和河流。NASA

土星最大的卫星土卫六泰坦 (Titan),在卡西尼号于 2005 年将其惠更斯探测器降落之前,基本上只是一团迷雾。从地表来看,这台机器人探测器揭示了一个感觉异常熟悉的世界:它覆盖着湖泊和河流。但这些湖泊和河流不是由水组成,而是充满了液态碳氢化合物。

卡西尼号项目科学家琳达·斯皮尔克 (Linda Spilker) 表示,探索土卫六泰坦 (Titan) 是她任务中最喜欢的部分之一。“看到泰坦 (Titan) 的表面有多么惊人地像地球,有着它的河道、湖泊和甲烷海,并认识到泰坦 (Titan) 拥有一个与地球上的水循环相似的甲烷循环——你可能会有云、雨水并形成湖泊等等。”

它不像家——至少对我们来说是这样——但凭借其浓厚的大气层和活跃的地表,科学家们认为土卫六泰坦 (Titan) 是我们太阳系中寻找外星生命的顶级地点之一。任何可能在这里出现的生命,不像我们基于水,而可能基于甲烷——这使得它确实非常外星。

2. 土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 有喷泉和海洋

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喷泉从土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 的南极喷出数百英里高的水,其中包含关于下方潜在可居住海洋的线索。NASA

在卡西尼号之前,科学家们认为这颗小而不起眼的卫星是一整块冰。但卡西尼号磁力计的一些奇怪读数促使航天器近距离观察,它发现了一个令人难以置信的景象:水冰晶体的喷泉从土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 的南极喷涌而出,暗示着冰壳下方有一个深邃的海洋。有水的地方,就有生命的可能性。

卡西尼号并非为寻找生命而建造,但任务科学家能够重新利用卡西尼号的一些仪器来品尝喷泉的成分,以确定内部海洋是否适合生命生存。到目前为止,情况看起来是这样的。

航天器最深层穿越羽流时,在水蒸气中探测到了氢气。这种气体最有可能来自土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 海底的活动性热液喷口。在地球上,有一些微生物通过将氢与二氧化碳结合来消耗氢。

卡西尼号向我们展示了,有了水、食物和热量,土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 几乎拥有我们所知生命的所有必要成分。

1. 生命几乎无处不在

土星不在我们太阳系的“宜居带”内——即恒星周围的“可居住”区域,那里的条件不太热也不太冷,水可以在行星表面存在。然而,土卫六泰坦 (Titan) 和土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 被认为是我们在太阳系中寻找外星生命的顶级地点。

加上木星的卫星木卫二 (Europa),它可能也有一个内部海洋,卡西尼号的发现告诉我们,根本不存在“金发女孩区域”——生命可能存在于任何地方。

斯皮尔克说:“我们确实看到了一个范式转变——我们思考在哪里可能找到生命,无论是在我们自己的太阳系,还是任何太阳系。想到也许在我们自己的太阳系中可能存在这些海洋世界,生命可能已经完全独立于地球上的生命而起源……这是一个非常大的思维转变。”

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色彩夸张的土星全景 NASA/JPL/Space Science Institute

接下来是什么?

4 月 26 日,卡西尼号将首次穿越土星与其环之间的空间。如果一切顺利,并且它没有撞上土星最内层环的任何零散粒子,那么该航天器将继续探索这个新区域,直到 9 月中旬,可能会传回关于土星内部、引力和磁场的新信息。当然,在此过程中还会传回美丽的“明信片”。

斯皮尔克说,9 月 12 日,土卫六泰坦 (Titan) 将给卡西尼号一个“告别之吻”,通过引力将探测器推向一条使其坠入土星大气的路径。在那里,它将迎来毁灭。卡西尼号的“火葬”是必要的——它即将耗尽燃料,而 NASA 不希望用任何可能仍然附着在其表面的地球微生物污染土卫六泰坦 (Titan) 或土卫二恩克拉多斯 (Enceladus)。

斯皮尔克说:“这对卡西尼号来说是一个非常光荣的结局,考虑到要保护这些海洋世界,并在最后一刻发送科学数据——一个直到最后都勇往直前的先驱。”

尽管目前还没有新的土星任务计划,但 NASA 的“新视野”项目正在考虑返回土卫六泰坦 (Titan) 和土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 的提案。斯皮尔克本人也有一个提案,计划发射一个航天器飞越土卫二恩克拉多斯 (Enceladus) 的羽流,扫描那些最后缺失的生命必需成分。

科学家们将在未来几年继续分析卡西尼号的数据;毫无疑问,这个宝库中还蕴藏着更多发现。而且,这艘航天器的未来也可能仍有一些发现。

斯皮尔克说:“我们还有 22 周的宝贵时间,也许是任务中最激动人心的部分即将到来。当你去到一个新的地方时,你不知道会发现什么。你可以做出最好的猜测,但到目前为止,在这个任务中,我们已经有很多惊喜。”

 

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