重大发现!卡西尼号用死亡的代价发现土星环的秘密!

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发表时间:2019-01-22 06:35作者:阿杰学长来源:www.jiexuezhang.com网址:http://www.qidian02.cn

近日,科学家通过研究分析已经死亡的卡西尼号传回的数据,发现土星环重大秘密!

我们知道土星的年龄大概是45亿年,形成于太阳系早期时代,但是土星那令人屏息凝视的美妙光环到底是什么时候形成的?这个问题一直困扰着科学家,只知道土星环绝对不是一朝一夕的成果!可以肯定的是在早期,这个巨大的气态巨行星并没有它独特的光环,那么研究这些环的年龄成为了众多科学家的重要课题!一些研究人员认为,这些标志性的特征是在大约45亿年前由太阳系形成后围绕其运行的轨道上留下的冰冷碎石形成的。另一些人则认为土星环非常年轻,可能是在土星的引力将彗星或冰冷的卫星撕裂后形成的。



但是,瞎猜是没用的,我们需要实际的观测,甚至亲身实地考察,很显然,这是不可能的,目前人类到最远的足迹仅仅到达月球,所以这一切只能依靠探测器来帮助我们。

是的,卡西尼号,这个伟大的探测器最后用死亡的代价----毅然决然地冲入土星环,为我们带来了珍贵的的研究数据!



卡西尼号(Cassini)于1997年10月发射,是针对土星系进行空间探测的项目,它的出生就是为了研究土星,最后在2004年7月1日顺利进入土星轨道。卡西尼号探测器以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名字命名,其任务是环绕土星飞行,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察。2017年9月15日,卡西尼号土星探测器燃料将尽,科学家控制其向土星坠毁,北京时间19:55,卡西尼号与地球失去联系,它进入土星大气层燃烧成为土星的一部分,“卡西尼号”的任务至此结束。

在最后冲向死亡的过程中,卡西尼号并不是孑然一身的,这一过程是有意义的,是的,在最后的燃料耗尽前,科学家控制飞船在行星和土星环之间进行了22次俯冲。这些俯冲让飞船像探测器一样,坠入土星的重力场,在那里它可以感受到土星和土星环的拉力。美国国家航空航天局(NASA)深空网络(Deep Space Network)和欧洲航天局(European Space Agency)的天线向卡西尼号发送的无线电信号,转播了飞船的速度和加速度。



一旦科学家们知道卡西尼号受到多大的引力从而导致它加速,他们就能确定这颗行星的质量以及土星环的质量。首先,从卡西尼号的观测数据中,科学家发现了土星环形成于1000万到1亿年前。从我们星球的角度来看,这意味着土星环可能是在恐龙时代形成的,甚至比恐龙时代还要早。这项研究的结论是对太阳系科学中一个长期存在的问题的最好回答。这些结论是根据“卡西尼”号探测器在2017年接近任务结束时,在超近轨道运行时收集的测量数据得出的。当时“卡西尼”号在土星云层上方1615英里到2425英里(2600到3900公里)的高度穿越土星和土星环,在这六次穿越中,科学家监测了飞船和地球之间的无线电联系。就像救护车的警报声在车辆向你驶来的时候音调会变高,在车辆驶去的时候音调会变低一样,无线电信号的波长会随着信号源离开地球而变长,随着信号源靠近地球而变短——这种效应被称为多普勒频移。先前根据旅行者号飞越土星的数据估计,土星环的质量约为2800亿吨。卡西尼号传回的新数据显示,土星环的质量只有1540亿公吨。(最大的小行星谷神星的质量约为9.39亿吨。)总的来说,研究人员认为这些土星环形成于1000万到1亿年前,相比之下,恐龙时代结束于6600万年前。并且我们还发现土星的内部主要由三层组成:一个由重元素组成的深层内核,一个液态金属氢包层,被一个分子氢层包围。卡西尼号的测量告诉科学家关于核心的大小,大气中的气流和环的质量。

科学家称土星环中有不计其数的小颗粒,其大小从微米到米都有,轨道成丛集的绕着土星运转。环中的颗粒主要成分都是水冰,还有一些尘埃和其它的化学物质。质量较低的恒星年龄较年轻,因为明亮且主要由冰构成的土星环在较长一段时间内会受到星际碎片的污染和变暗。这些光环最初是由明亮的冰构成的,但随着时间的推移,已经被来自太阳系外围的碎片污染和变暗,

通过计算环的质量,科学家能够更好地估计环的年龄。而且从卡西尼号新发现的年轻环的证据支持了这样一种理论,即年轻环是由一颗走得太近被土星引力撕碎的彗星形成的,或者是由一场破坏了前一代冰冻卫星的事件造成的。卡西尼号在坠落土星的重力场中处于超近的有利位置,它传回的测量结果让科学家们有了另一个惊人的发现。



人们早就知道,土星的赤道大气围绕行星旋转的速度比它的内层和核心要快。想象一组嵌套的圆柱体,以不同的速度旋转。木星的大气层也是如此。但是新的发现表明,土星的各层开始同步旋转,进入土星更深的地方——至少5600英里(9000公里)。这比木星上同样的现象要深三倍。它的深度相当于土星整个半径的15%。这项研究揭示了土星内部结构的关键细节。



科学家称,深度旋转层的发现是对这颗行星内部结构的一个惊人揭示。与此同时,对土星引力的测量解决了另一个未知的问题:地核的质量。通过数据模型显示,它的质量在15到18倍地球质量。