揭秘土星謎團:極區六角形圖案可容納4個地球

 

  對於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系統,就像戴了一頂好看的大草帽。 這張照片由卡西尼號探測器拍攝,由30張圖像合成,時間是2008年12月30日

  對於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系統,就像戴了一頂好看的大草帽。

  但是事實上,如果你抵近觀察就會發現其實這個好看的"大草帽"不過是一堆冰塊碎屑而已。2004年以來,美國宇航局的卡西尼探測器一直在圍繞土星的軌道上運行,對其本體,衛星以及光環系統進行迄今為止最為細緻的考察。這些探測正幫助科學家們解答一系列長久以來有關這顆行星懸而未決的謎團

  光環是如何形成的?

  儘管太陽系中的另外三大巨頭:木星,天王星和海王星也都分別擁有光環系統,但是沒有任何一個的光環系統像土星光環那樣好看,密度那麼高,厚度那麼大。

  土星的光環系統從距離土星雲層頂約4000英里(約合6437公里)處開始出現,一直延伸到距離約7.5萬英里(約合12.07萬公里)的空間。這一光環系統中還存在大量的細縫,這是由於諸多小型"牧羊犬衛星"造成的,它們的引力影響了光環微粒的運行。

  有意思的一點是,土星的光環可能是非常年輕的,其形成年代距今可能僅有數億年;也有可能是非常古老的,甚至是和土星一起,於大約40億年前誕生的。卡洛琳·波柯(Carolyn Porco)是設在科羅拉多州波爾多的"卡西尼操作成像中心實驗室"(CICLOPS)主任,她同時還是卡西尼成像科學組的負責人。她說:"我們不知道土星光環是何時,是如何形成的。"

  科學家們相信土星光環物質的來源必定是以下兩者之一:一顆誤入土星洛希極限距離並被引潮力撕碎或被彗星撞擊破碎後形成的碎屑;或是土星在形成時期留下的"原材料"剩餘。

  對於土星光環結構形成機制的理解將有助於我們理解宇宙中的其它類似結構。卡洛琳說:"我們現在在太陽系有著距離最近的樣本可供研究參考,以此我們可以對宇宙其它地方的類似現象進行考察,包括現在已經發現的其他行星系統,甚至比這大得多的漩渦星系的旋臂結構。"

  土星的風暴之謎

  和太陽系中和它體積最接近的行星木星相比,土星擁有一種暗淡的米黃色調。去年12月,土星北半球卻突然出現了一個巨大的白色風暴。

  卡洛琳說,根據過去180年間的觀測數據,科學家們發現土星大約每30年左右就會出現這樣規模較大的風暴。這極可能和土星的季節轉變有關,因為土星上的一年恰好相當於地球上的30年左右。

  但是究竟這些巨星風暴的能量來自哪裡,以及它們是如何起源的,我們則一無所知。卡洛琳說:"這些風暴蘊含著巨大的能量,對於這些現象的研究將有助於我們理解土星這樣的氣態巨行星和地球、金星這樣的類地行星大氣之間存在的巨大差異。"

  神秘的極區六角形

  在1980年代早期,美國宇航局的旅行者探測器在土星北極上空捕捉到一個神秘的六角形圖案。最近幾年間,卡西尼探測器對這一現象進行了詳細的後續觀測。這一奇特的氣像現象形成的巨大圖案足以容納4個地球

  卡洛琳說:"科學家們在地面實驗室內利用一個水池內的液體進行各種不同環流模式下極區多邊形可能出現模式的研究,結果發現土星極區的六邊形可能是一個存在自轉的星體上流體動力學機制導致的一種奇異現象。"然而,這一現象的長期持續性和穩定性注定將讓科學家們繼續花費更多的時間去瞭解其本質。

  計算土星的自轉週期

  計算土星的自轉速度,並以此計算出土星上一天的長度是一件非常困難的事情。和擁有固態表面的行星不同,土星高空雲層的運動並不一定真實地反映出其內部作為整個星球的運動。

  為了解決這個問題,科學家們利用對土星發射的天然無線電波的韻律性節奏進行統計,並以此進行土星自轉週期的計算。這種方法在對木星進行研究時非常有效,而基於旅行者號探測器的數據,土星的自轉週期也被很快計算出來了。但是在2004年,根據卡西尼探測器提供的數據進行的計算卻顯示土星的自轉週期詭異地延長了大約6分鐘。後來進行的研究發現土星的磁場(即產生這種天然無線電信號的來源)其實並不和土星本體作同步運轉。

  於是,科學家們不得不找出他們所掌握的所有數據:來自美國宇航局先驅者號探測器,旅行者號探測器和卡西尼號探測器的數據,並試圖做出他們的最佳估算值,結果顯示土星的自轉週期(一天的長度)大約是10小時32分35秒(誤差約正負13秒)。

  這一結果已經相當精確。但是一天這樣的誤差區間在經過相當於30個地球年的1個土星年之後,誤差累積將達正負4個土星日,這對於試圖編製精密的土星日曆的人們來說可真是糟糕透頂的消息。




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