對于大部分普通公眾來說，除了地球和火星，太陽系中最熟悉的大行星恐怕就非土星莫屬了。這主要是因為它擁有一個美麗的光環(huán)系統(tǒng)，就像戴了一頂好看的大草帽。2004年以來，“卡西尼”號探測器一直在圍繞土星的軌道上運行，對其本體、衛(wèi)星以及光環(huán)系統(tǒng)進行迄今為止最為細致的考察。這些探測有助于科學(xué)家們解答一系列長久以來有關(guān)這顆行星懸而未決的謎團。

最近，沉默了很久的土星又來刷了一次我們的屏。近日，離開地球快20年的美國“卡西尼”號土星探測器成功在土星和土星環(huán)之間完成首次穿越，并傳回迄今最近的土星觀測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)顯示，土星與土星環(huán)之間的區(qū)域是片“空無”。消息傳來，一方面人們?yōu)椤翱ㄎ髂帷痹谶@一地帶的首次成功穿越歡欣鼓舞，另一方面這讓本來就充滿“神秘范兒”的土星更添新的疑團。

今年9月，“卡西尼”號探測器將結(jié)束使命，進行它的“自殺任務(wù)”——俯沖入土星內(nèi)環(huán)，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳回地球，隨后在土星大氣層分崩離析。這件事更讓航天愛好者們興奮又期待，“感覺離土星的秘密又要近一步了”。

土星與土星環(huán)之間區(qū)域是真空地帶？

“空無”原是高層大氣和低密度的塵埃

5月1日，美國航空航天局噴氣推進實驗室“卡西尼”項目主管厄爾·馬伊斯在一份聲明中說，數(shù)據(jù)分析顯示，土星與土星環(huán)之間是一片“空無”。這“空無”到底是什么東西呢？

這個“空無”的區(qū)域并不是有些人理解的“完全的真空地帶”，而是存在一些低密度的塵埃狀的東西。國家天文臺研究員平勁松在接受科技日報記者采訪時解釋說，土星與土星環(huán)之間存在著稀薄的等離子體大氣，與行星際空間環(huán)境融合在一起。它們密度很低，且不容易反射光線。“卡西尼”號探測器在穿越這些空隙時，還檢測所碰到的微粒大小和環(huán)的厚度，以及估測光環(huán)的組成、溫度、密度和結(jié)構(gòu)。土星與土星環(huán)之間寬約2000公里的區(qū)域中是否含有塵埃一直是科學(xué)家們關(guān)注的話題，因為這不僅決定了“卡西尼”號探測器在未來的穿越中是否需要將碟狀主天線作為“盾牌”，還將影響探測器怎樣以及何時觀測土星。現(xiàn)在看來，塵埃確實存在，但塵埃水平比預(yù)期低很多。

土星的草帽光環(huán)是怎么來的？

各種天體殘骸碰撞分離堆積形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)

提到土星就不得不提到知名度極高的土星環(huán)。這一圈環(huán)繞土星的光環(huán)讓土星在望遠鏡中看起來猶如一頂草帽，“帽沿”正是土星光環(huán)，又稱土星環(huán)。光環(huán)的存在使土星成為太陽系中較為奇特的一顆行星，也讓土星成為群星中最美麗的一顆。

土星環(huán)是什么？怎么來的？一直是大家關(guān)注的話題。

平勁松告訴記者，土星環(huán)的主要物質(zhì)是冰晶和塵埃。在太陽系和土星形成的早期，天體之間會頻繁發(fā)生碰撞，碰撞產(chǎn)生了很多殘骸物質(zhì)，這些殘骸物質(zhì)再經(jīng)過不斷地碰撞和分離，最終堆積在一起形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這些撞碎后的塵埃和冰晶在軌道帶上成片分布，它們反射星光、太陽光以及其他天體輻射的光最終形成了土星的神秘光環(huán)。

值得一提的是，土星環(huán)從遠處看是一個柔和的、整體的光環(huán)，但是根據(jù)探測器近距離拍回的照片顯示，這個環(huán)并非整體，而是由許多小環(huán)組成。

更有趣的是，相比較土星的年齡而言，土星的環(huán)結(jié)構(gòu)還是非常年輕的。土星誕生至今大約有40多億年，而土星的環(huán)只有數(shù)億年的歷史。據(jù)“卡西尼”號探測器成像科學(xué)團隊和圖像控制中心實驗室主任卡羅琳說，土星的環(huán)系統(tǒng)是在何時形成的，以及持續(xù)了多長時間，這期間環(huán)結(jié)構(gòu)是否是連續(xù)存在的，是否有出現(xiàn)過斷檔期，這些問題還處于探索之中。

地極六邊形漩渦如何形成的？

成因至今不明或許是溫差造成的

很早以前，天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)在土星北極有一個極地漩渦，它看上去呈一個完整的六邊形，這在整個太陽系都是獨一無二的，引起了大家濃厚的興趣。

這個六邊形旋渦形狀巨大，寬度可以容納4個地球的大小。最近幾年，天文學(xué)家通過觀察“卡西尼”號探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)及圖像，發(fā)現(xiàn)六邊形旋渦看起來很像地球上的颶風(fēng)，不過范圍明顯要大得多，大概是地球颶風(fēng)的20—40倍。

平勁松告訴科技日報記者，六邊形旋渦自西向東高速旋轉(zhuǎn)，十分漂亮。其實在土星南極上空也同樣存在著一個大規(guī)模的漩渦系統(tǒng)，只是規(guī)模較小。

不過對于這個六邊形漩渦的成因，科學(xué)家們至今也沒有搞清楚。土星的北極被認為可能是土星上最“溫暖”的地方，溫度高達零下122℃，而土星其他地方的溫度則是零下185℃。科學(xué)家猜測，這樣的溫差或許正是極地漩渦的成因。

土星巨型風(fēng)暴每30年肆虐一次？

由于探測間斷是否30年一循環(huán)尚未可知

土星上肆虐的巨型風(fēng)暴也是土星的一大謎團。

在2010年底和2011年上半年這一時間段，“卡西尼”號探測器第一次近距離觀測到土星大風(fēng)暴。這場席卷土星長達6個月的特大風(fēng)暴成為土星觀測史上持續(xù)時間最長的天氣，在高峰時期，約有20億平方公里的云層。

科學(xué)家們認為，相比較其他氣態(tài)行星，土星風(fēng)暴在體積上是非常巨大的。由于上一次人類觀測到土星大風(fēng)暴已經(jīng)是30年前了，所以坊間一直有一個神秘傳聞——土星大風(fēng)暴大約在每30年左右出現(xiàn)一次周期循環(huán)，并且這暗示著大風(fēng)暴與土星的季節(jié)存在著某種聯(lián)系。

但是平勁松認為這一說法仍缺乏確鑿的科學(xué)依據(jù)，“現(xiàn)在確切的說法是30年前，我們觀測到了類似的大風(fēng)暴，但由于人類對土星的探測中間有很長時間是間斷的，所以這個大風(fēng)暴是不是一定是30年一個周期，目前還不能確定。”

這一巨型風(fēng)暴的起源和動力源目前科學(xué)家還沒有找到，風(fēng)暴強大的能量從何處而來還有待進一步的探索。

土星系統(tǒng)會不會有宜居環(huán)境？

科學(xué)家表示未來探索將聚焦生命

歷史上，人類關(guān)于土星的探測并不是太多，而最近10多年來，“卡西尼”號探測器的存在成為了關(guān)注土星的科學(xué)家們最興奮的事——一系列關(guān)于土星的最新發(fā)現(xiàn)都從它而來。

平勁松說，“卡西尼”在土星系統(tǒng)飛了10多年，最近半年，探測器降低了軌道，穿越土星環(huán)，穿越得很有技巧，美麗而悲壯，才有了這次的新發(fā)現(xiàn)。今年9月，“卡西尼”將結(jié)束任務(wù)，屆時大家對土星的關(guān)注可能會達到新的高潮。他介紹，中國的科學(xué)家最近幾年也一直在跟蹤“卡西尼”號探測器的探測數(shù)據(jù)。“關(guān)于土星的事，人們知道得不少，只是關(guān)于大氣和空氣的一些狀況，還在進一步探索研究當中。”平勁松說。

從現(xiàn)在的研究結(jié)果看來，土星上有冰、有水，會不會有生命家園呢？這是科學(xué)家們未來研究的關(guān)鍵方向。下一步，以美國為主的國家和機構(gòu)將主要針對土星的衛(wèi)星上是否存在適宜居住的環(huán)境，是否存在高級有機分子或是微生物等方向進行探測和研究。平勁松說，他和同行們還特別關(guān)注一點，那就是有沒有可能把地球上一些能在極端環(huán)境下生存的微生物移居到土星上，這個研究結(jié)果實在讓人期待。

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土星的一天到底有多長？10個半小時

如何衡量土星的一天，或者說如何確定氣態(tài)行星上的一天到底有多長，是一個棘手的問題，這不像巖質(zhì)行星上有著明顯的標志性的地形進行區(qū)分確定，如果通過氣態(tài)行星上的云層標志確定自轉(zhuǎn)周期也存在著代表不充分的問題。

對此，科學(xué)家采用了一種方法，通過測量行星上自然發(fā)射的電波信號進行確定，這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于測量木星的自轉(zhuǎn)周期。在2004年，“卡西尼”號探測器通過這個方法測量了土星上的一天，大約比現(xiàn)有的數(shù)據(jù)多了6分鐘。

然而，后續(xù)研究表明，這種方法對土星來說還存在問題，土星電波信號由其磁場產(chǎn)生，而土星磁場與自轉(zhuǎn)存在不同步的問題，所以通過測量不同步的磁場信號判斷土星的自轉(zhuǎn)是存在問題的。

因此，科學(xué)家對此不得不進行數(shù)據(jù)平均，也就是通過平均“先鋒”號探測器、“旅行者”號探測器以及“卡西尼”號探測器所測量的結(jié)果，從而得出“最佳”數(shù)據(jù)——土星的一天大約是地球上的10小時32分35秒。 （記者 李艷）

[責(zé)任編輯：楊凡、劉向陽]

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