太陽系015 ~ 土星~抓住地球的姐妹淘

太陽系015 ~ 土星~抓住地球的姐妹淘

11-8-2019

 

前言
奧地利維也納大學学科学家洛赫格 (Elke Pilat-Lohinger) 設計了一套太陽系內各行星之間的引力对運轉軌道相互影响的電腦模擬程式。結果他们赫然發現, 億萬年來地球能與太陽保持着恰到好處的關係, 木星 (Jupiter) 和土星 (Saturn) 這兩位姐妹淘的功不可沒。她们的大小、引力、軌道、速度、傾角…等, 都絲毫不可以偏差, 否則地球不会成為今天宇宙中的伊甸園!

 

天體探索三英雄
早在1613年, 義大利天文大師伽利略 (Galileo Galilei, 1564~1642) 早就發現土星的四周有個像耳朶的東西, 時而存在, 時而消失。從此太陽系中这颗有耳朶的明星, 就成了後人渴慕想要探索的對象。

 

惠更斯 (Christiaan Huygens ,1629 ~1695), 荷蘭人, 他是個大的發明家, 發明了鐘擺及望遠鏡的鏡片, 後來也成了物理和天文學界的名人。他是利用數學公式來表達天文物理現象的始祖。1655年, 經他改良後望遠鏡的技術已有長足的進步, 惠更斯確定土星那耳朵是環繞在她四周的環, 太陽系中除了土星之外, 木星、天王和海王星都有類似的環, 只是土星的環比較顯眼。

 

又过了20年, 另一位義大利天文学家, 卡西尼 (Giovanni D. Cassinc, 1625 ~1712), 他是木星上那塊大紅斑, 以及土星環及其四周數颗衛星的發現者。可見当時欧洲社會对天文的觀測, 幾乎成了學術领域的時尚與嗜好。

 

 

土星介紹
位置: 土星是太陽系中第六顆行星, 距太陽 9.5 AU, 約14億公里。土星離地球最近時都比木星遠一倍多。

 

特性: 土星是太陽系中的第二大行星, 半徑約地球9倍, 体積約地球760倍, 但質量只有地球的95倍, 她是太陽系中密度最低的行星, 密度只有地球1/8, 比水还輕。

 

地表: 經常有颶風及閃电, 在赤道附近風速甚至高達每小時1800公里! 颶風活動比木星遜色一些。在北極可以看到每邊長1380公里正六角形發出藍光一直在轉動的暴風圈, 它的面積約2個地球大, 科学家計算它旋轉的速度來判定土星自轉速度。土星的大氣中含有96%氫、3%氦、0.4%甲烷。土星表面平均溫度只有攝氏零下140度。紅外線掃瞄可以看到土星表面輻射到宇宙的能量, 大約是她吸收太陽能量的 2.5倍, 目前还在研究这能量的來源和放射的機制。

 

外观: 美麗的氣態星球, 中國人稱它土星, 是因為它外观的颜色是土黃色。但上半球的天空其實頗像地球, 是帶蓝色的, 不易被人看到是因為被土星的環遮閉住。

 

運轉: 土星轉軸傾角26.75度, 以每秒9.87公里速度自轉, 一圈只須10.5小時, 这颗氣態行星轉速飛快, 因此外觀呈椭圆形, 赤道直徑比南北直徑寬了10%。軌道傾角2.48度, 繞日一週28.5年。

 

結構: 土星結構與木星稍異之处在她有一顆固態鐵碳核心, 核心的体積是地球 9~22倍, 高溫達攝氏11700度。中間層含有液態氫金屬, 外層則是由1000公里的大氣層组成。這或許可以解釋為什麼土星磁場只有木星的1/20, 却是地球的20倍。 若非木星和土星兩個胖妞抓住地球, 恐怕地球已被太陽的熱情给融化了!

 

土星環
土星是太陽系中具有最壯觀行星環的星球, 環的帶寬達18萬多公里, 厚度只有1公里, 其中99% 都是水冰和岩塊组成。据推測這些碎塊是由土星的某顆衛星被外來隕石擊碎。另一種可能性是外來的磒石飛得太靠近土星, 超过洛希極限 (Roche limit) 被土星撕成碎片, 環則是由这些碎片被土星及四周衛星的引力相互牽引而產生。土星環好像在唱盤上一張正在轉動的唱片。環清楚地被区分成七個階段, 其中含有許多颜色較暗的缝隙, 可能是由不同成分的物質组成。和土星一同看守这環內碎片的眾衛星, 被稱為牧羊衛星, 他们像是在替土星看守这群羊。

 

土星的衛星

土星到底有多少衛星? 至今还不是很確定, 因為許多都是由随时会被撞碎的冰塊組成的, 根據最新估計目前大約有200多顆, 至少有82顆已被確定, 她是太陽系中擁有最多使女的皇后。這環和衛星一起繞着土星旋轉, 或者說環的和她自轉速度同步。

 

總之, 她各方面都很像她的木星姐姐, 因此被稱為類木星球, 只是身材比她小了一號罷了。土星系統之中, 到目前為止人類尚未找到任何適合生物生存的環境。哎! 望穿宇宙, 離開了伊甸園, 人類還能去哪裡呢?

 

土星探索計劃
1997年, 美國太空總署 (NASA) 聯合欧洲(ESI) 及義大利太空總署 (ASI) 發射以卡西尼為名的土星環軌探测器, 顧名思意就是專門探索这顆無法登陸的氣態行星。同時, 他们在飛船上还特別加載了一部惠更斯登陸探测儀 (Huygens Probe), 準備登陸惠更斯先生早期發現一顆土星的衛星泰坦星~土衛六, 被人發現地表似乎有大氣層、山谷和海洋, 因此許多人都相信那兒可能会有生命。

 

2004年7月, 卡西尼号花7年飛行才到達土星,是第四個來訪土星的探测器。在它之前, 第一顆飛越土星上空的探測器是1979年9月來的先鋒11号 。接着, 旅行者1号和2号分別在1997年和1981年近距離拍攝到一些解析度較低的土星照片。

 

卡西尼号花了13年的時间穿梭在土星四周和她的幾顆衛星之间, 尤其是其中兩颗最具有生命潛力的衛星, 土衛六和土衛二。

 

登陸土衛六
2005年1月, 卡西尼号飛臨土衛六泰坦 (Titan)的上空, 它是太陽系中体積僅次於木衛三的第二大衛星。直徑是5151公里, 比月球大50％, 比月球重80％, 比水星还稍大一些! 惠更斯探测儀降落在地表一處潮濕的沙丘上, 送回十分清楚的相片, 人們看到滿了鵝卵石的河床, 地形像是曾經被急流沖蝕过的痕跡。大氣中含98% 氮和1%氨, 它是唯一已知大氣稠密的衛星。地表温度攝氏零下180度, 因此氣壓可以保持在地球的1.5倍。

 

同時, 卡西尼号停留在泰坦的北極上空, 發現一個面積類似於欧亞交界处里海大小的液態湖。經紅外光譜分析發現海水成份原來是液態氮和甲烷 (天然氣)。泰坦存有水有生命的幻想, 從此就破滅了。

 

登陸不到3小時, 惠更斯号的電池便漸耗盡, 在報銷之前它把 750 張照片都上傳到卡西尼母船。它創下人類首次登陸太陽系外圍星球 (Solar Outer Planet) 的紀錄。

 

探索土衛二
卡西尼号轉往土衛二, 恩塞拉多斯 (Enceladus) 衛星, 那裡地表的温度約攝氏零下198度, 陽光照在結冰星球的表面, 在空中看起來特別晶瑩閃亮。他们發現它的南半球噴出羽状氣体, 分析證實的確是水, 而且興奮的發現其中含有鹽份, 推断土衛二地底下或許是個汪洋大海。土衛二潮汐鎖定於木星, 这水氣可能是由於地心的水被潮汐不断拉扯, 終而沸騰噴出地面。

 

卡西尼号任務結束
2017年9月15日, 卡西尼号燃料用盡前, 在土星環上來回遊蘯了幾十回, 最後它以12000公里时速俯衝進入土星大氣層, 兩分鐘後燃燒殆盡, 結束了这79億公里 20年的旅程。卡西尼-惠更斯號探測器是美國發射的成果最豐碩的行星際探測器之一, 不僅近距離飛掠了土星系中的多個衛星, 還攜帶惠更斯號著陸器直接著陸在土衛六“泰坦”上, 這也是在外圍太陽系天體上第一個著陸的人造物體。