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最近,科學家通過研究分析已經死亡的卡西尼號傳回的數據,發現土星環重大秘密!
我們知道土星的年齡大概是45億年,形成於太陽系早期時代,但是土星那令人屏息凝視的美妙光環到底是什麼時候形成的?這個問題一直困擾著科學家,只知道土星環絕對不是一朝一夕的成果!可以肯定的是在早期,這個巨大的氣態巨行星並沒有它獨特的光環,那麼研究這些環的年齡成為了眾多科學家的重要課題!一些研究人員認為,這些標誌性的特徵是在大約45億年前由太陽系形成後圍繞其運行的軌道上留下的冰冷碎石形成的。另一些人則認為土星環非常年輕,可能是在土星的引力將彗星或冰冷的衛星撕裂後形成的。
但是,瞎猜是沒用的,我們需要實際的觀測,甚至親身實地考察,很顯然,這是不可能的,目前人類到最遠的足跡僅僅到達月球,所以這一切只能依靠探測器來幫助我們。
是的,卡西尼號,這個偉大的探測器最後用死亡的代價—-毅然決然地沖入土星環,為我們帶來了珍貴的的研究數據!
卡西尼號(Cassini)於1997年10月發射,是針對土星系進行空間探測的項目,它的出生就是為了研究土星,最後在2004年7月1日順利進入土星軌道。卡西尼號探測器以義大利出生的法國天文學家卡西尼的名字命名,其任務是環繞土星飛行,對土星及其大氣、光環、衛星和磁場進行深入考察。2017年9月15日,卡西尼號土星探測器燃料將盡,科學家控制其向土星墜毀,北京時間19:55,卡西尼號與地球失去聯繫,它進入土星大氣層燃燒成為土星的一部分,「卡西尼號」的任務至此結束。
在最後沖向死亡的過程中,卡西尼號並不是孑然一身的,這一過程是有意義的,是的,在最後的燃料耗盡前,科學家控制飛船在行星和土星環之間進行了22次俯沖。這些俯沖讓飛船像探測器一樣,墜入土星的重力場,在那里它可以感受到土星和土星環的拉力。美國國家航空太空局(NASA)深空網路(Deep Space Network)和歐洲太空局(European Space Agency)的天線向卡西尼號發送的無線電信號,轉播了飛船的速度和加速度。
一旦科學家們知道卡西尼號受到多大的引力從而導致它加速,他們就能確定這顆行星的質量以及土星環的質量。首先,從卡西尼號的觀測數據中,科學家發現了土星環形成於1000萬到1億年前。從我們星球的角度來看,這意味著土星環可能是在恐龍時代形成的,甚至比恐龍時代還要早。這項研究的結論是對太陽系科學中一個長期存在的問題的最好回答。這些結論是根據「卡西尼」號探測器在2017年接近任務結束時,在超近軌道運行時收集的測量數據得出的。當時「卡西尼」號在土星雲層上方1615英里到2425英里(2600到3900公里)的高度穿越土星和土星環,在這六次穿越中,科學家監測了飛船和地球之間的無線電聯繫。就像救護車的警報聲在車輛向你駛來的時候音調會變高,在車輛駛去的時候音調會變低一樣,無線電信號的波長會隨著信號源離開地球而變長,隨著信號源靠近地球而變短——這種效應被稱為多普勒頻移。先前根據旅行者號飛越土星的數據可能,土星環的質量約為2800億噸。卡西尼號傳回的新數據顯示,土星環的質量只有1540億公噸。(最大的小行星谷神星的質量約為9.39億噸。)總的來說,研究人員認為這些土星環形成於1000萬到1億年前,相比之下,恐龍時代結束於6600萬年前。並且我們還發現土星的內部主要由三層組成:一個由重元素組成的深層內核,一個液態金屬氫包層,被一個分子氫層包圍。卡西尼號的測量告訴科學家關於核心的大小,大氣中的氣流和環的質量。
科學家稱土星環中有不計其數的小顆粒,其大小從微米到米都有,軌道成叢集的繞著土星運轉。環中的顆粒主要成分都是水冰,還有一些塵埃和其它的化學物質。質量較低的恒星年齡較年輕,因為明亮且主要由冰構成的土星環在較長一段時間內會受到星際碎片的污染和變暗。這些光環最初是由明亮的冰構成的,但隨著時間的推移,已經被來自太陽系外圍的碎片污染和變暗,
通過計算環的質量,科學家能夠更好地可能環的年齡。而且從卡西尼號 新髮現的年輕環的證據支持了這樣一種理論,即年輕環是由一顆走得太近被土星引力撕碎的彗星形成的,或者是由一場破壞了前一代冰凍衛星的事件造成的。卡西尼號在墜落土星的重力場中處於超近的有利位置,它傳回的測量結果讓科學家們有了另一個驚人的發現。
人們早就知道,土星的赤道大氣圍繞行星旋轉的速度比它的內層和核心要快。想像一組嵌套的圓柱體,以不同的速度旋轉。木星的大氣層也是如此。但是新的發現表明,土星的各層開始同步旋轉,進入土星更深的地方——至少5600英里(9000公里)。這比木星上同樣的現象要深三倍。它的深度相當於土星整個半徑的15%。這項研究揭示了土星內部結構的關鍵細節。
科學家稱,深度旋轉層的發現是對這顆行星內部結構的一個驚人揭示。與此同時,對土星引力的測量解決了另一個未知的問題:地核的質量。通過數據模型顯示,它的質量在15到18倍地球質量。
卡西尼號的任務於2017年9月結束,當時它的燃料不足,為了保護土星的衛星,它故意墜入土星的大氣層。在最後一顆,它在生命的最後一刻毅然奉獻給了科學,謝謝你,卡西尼號!