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“土星光环”的秘密http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2004-07-20
对于宇宙科学家以及好奇的民众来说，“卡西尼——惠更斯”号土星探测器发现的结果是惊人的，这无疑给科学家们一个重新探索地球消失的历史机会。 对于一艘飞行7年、游历35亿多公里的宇宙飞船来说，“卡西尼——惠更斯”号土星 探测器在7月初做了一件奇怪的事——在到达土星外环时消失了。当时，该探测器以平时飞行速度的4倍、即每小时87000公里的惊人速度推进。与其说它正在飞向土星，倒不如说它正以一种几乎能从土星上擦过并直接进入宇宙的速度，直落向土星。 如果飞船想要进入一个稳定轨道，它必须先将火箭引擎启动长达96分钟，直到达到相应的速度和位置，冲过土星外环中的某个空隙，并围绕这个巨大的星球飞行。但在飞船到达由冰块和碎石组成的土星外环时，土星裂缝的情形有些出乎人们意料。任何一个可见的裂缝间都充满灰尘和各种物质。那些宇宙物质，足以摧毁整艘飞船。 更糟糕的是，地球与土星之间15亿公里的距离，使飞船即便以相应的速度进行飞行，来自地球指挥部的指示也要花上84分钟才能传到飞船，并以同样的时间传回地球。因此，所有命令和指示都被提前输入飞船电脑，“卡西尼”号不得不在很长一段时间内，根据周围情况立即做出反应和决定。所以，当飞船接近该裂缝时，按照事先安排的指示采取自我保护措施。它打开飞船前方像盘子一样的大型天线挡住不明飞行的宇宙物质，以保护后面更为重要和脆弱的硬件。 晚上7时36分，“发动引擎”，NASA(美国国家航空航天局)位于加州帕萨迪纳飞机动力实验室的工程师发出命令，飞船立即点火发动。此后一个半小时，整个指挥室里一片寂静。直到晚上9时12分，那位工程师告诉大家，整个点火发动的时间已经过去，这意味着飞船成功完成了这一任务。他的原话是：“我们已经彻底完成燃烧过程。” 揭开卡西尼的面纱 近年来，一方面，各种飞船意外事故和灾难事件愈加频繁发生，另一方面，诸如人类成功登陆土星的重大突破也历历在目，各种航空人的神经都处于高度紧张状态。而在那个时刻，航空中心指挥部的人，终于有了再次相拥、欢呼和庆祝的理由。当然，这的确是一项相当困难的任务。 “卡西尼——惠更斯”号土星探测器今后还将继续执行“闪亮土星”计划，完成土星7个外环、31颗卫星以及其他太空秘密的探索之旅。 无论从什么角度看，这都是NASA所发射的一颗最复杂的行星探测器。它大约有一辆小型巴士大小，高约7米，载有燃料时的重量达到6吨。由于配有12个科学实验装置，而只用一个微型原子能发电器发动，科学界几乎认为这是一个奇迹。 探测器的一侧带有一辆高科技的“惠更斯”号登陆车，以及一个长约3米、重约320公斤的锅状探测仪。该探测仪将于年底穿过土星最神秘的土卫六大气层。这将是人造机器抵达距离地球最远的地方。 对于宇宙科学家以及好奇的民众来说，“卡西尼——惠更斯”号土星探测器发现的结果是惊人的。太阳系中的其他3颗行星——木星、天王星和海王星也都有这样的外环。只是更灰暗、细致，比不上土星的外环，在整个宇宙中像一颗闪闪发光的珠宝。9颗行星中的另外7颗也都有自己的卫星，但没有一颗行星可以自转，而土星在自己的外环内可以做到。同时，没有一颗行星拥有像土卫六那样的卫星，能拥有惊人数量的地表化学反应(45亿年前的地球也曾如此)，这无疑给科学家们一个重新探索地球消失的历史机会。 严格来说，土星的小宇宙近乎是太阳系的微缩版。在此之前，其他宇宙飞船也曾将目光投向土星：1979年的“探索者”2号，1980年的“旅行者”1号和1981年的“旅行者”2号，但它们都只是在探索其他星球时经过土星，在进入宇宙其他空间的时候匆匆拍下一些珍贵照片。 “卡西尼——惠更斯”号是NASA、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目，主要任务是对土星系进行空间探测。该土星探测器是人类迄今为止发射的规模最大、复杂程度最高的行星探测器。它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。“惠更斯”号是“卡西尼”号携带的子探测器，它以荷兰物理学家、天文学家和数学家惠更斯的名字命名，其任务是深入土卫六大气层，对土星最大的卫星进行实地考察。 解密土星 土星系的最主要部分，当然是土星自身。它是太阳系4颗拥有最多空气行星中较大的一颗，仅次于木星。人们经常把木星描述成一个充满氢气和氦气的星球，但那里没有足够能量以点燃任何核能源。当然，这并不意味着比它体积小的土星也是如此。 到目前为止，土星最为引人注目的特点就是它如地狱般的天气状况。在土星的赤道附近，风速可达到每小时1770公里，相当于地球上最高风速的5-10倍。这里的大气层还经常被极其恐怖的飓风“撕开”，而且经常是两种风暴同时降临。由于土星卫星中的一些微粒，土星上还经常会出现类似地球极光的现象，照亮土星的整个天空。 如果没有极光出现，木星上的光也相当明亮。在这次“卡西尼”号对土星的探索中，将利用一系列完整的仪器了解在一个寒冷星球拥有如此多气象现象的原因(这里的最低气温可达到零下139度)。 目前科学家们的假设是，由于当时形成土星时发生的一些地心引力的地理现象，所产生的一些内部热量被储存起来。“卡西尼”号将利用摄像头、红外线感应器、化学光谱仪及其他设备，彻底解构这个星球的大气层。同时，它还将描绘出土星上的磁气圈以及重力圈的具体情况，最终得到土星大气层中是否有一个实质核心的结论。 土星是因为这些发光的外环而被我们熟知的。在“卡西尼”号抵达土星的几分钟内，飞船的摄像头已快速拍下61张土星光环照片。第二天早晨10点前，参与此项任务的科学家们就把这些照片展示出来。一位科学家说，“我相信，之前谁也没看到过这样的土星。” 对于这些科学家来说，最让他们震惊的是，土星光环的内部结构竟然如此复杂。自“旅行者”号被送上太空后，科学家们就了解到，土星的外环并非由毫无差别的一些光学物质组成，而是由几百条单独的光束组成，就像唱片中的音轨。这些光束由几亿个冰块和碎石组成，有些小于砂砾，有些则大过一座房子。 卡西尼号此次还将对泰坦(Titan)星球进行多角度研究。在9个选中卫星的59个飞越定点中，45个(离泰坦星球的平均距离为950公里)都是为了研究该星球的。雷达设备将穿透泰坦的云层，勾画出山脉、平原，或是沼泽湖的大致模样(尽管早期观测结果显示泰坦星球上未必有湖泊存在)；而分光计及其他设备则将利用化学方法测试星球上的空气，并拍摄下它的外观。 惠更斯探测器在3个小时中身兼数职，任务颇多。它携带6个装置，包括雷达、颗粒收集器、一个摄像头和鼓风设备。 在海拔高度达到150千米时，探测器的硬件设备将被自动打开，并开始记录之后所有的数据和信息。探测器在土星着陆后，在没有撞到山脉或陷入沼泽湖中的情况下，感应系统会继续信息读取工作。而即便遇到这样的意外，能够在土星上登陆，也将使卡西尼号成为历史上一个重要名词，就如同能够在1975年第一个登上月球的“阿波罗”号一样。 如果不出现任何事故或意外，卡西尼号应可以一直在太空向总部发送消息和资料，直到2008年。而如果它可以超过正常寿命，或许可以坚持到10年。 所有人都认为，卡西尼号是美国国家宇航局的最后一个空间探测器项目，这是一个塞满了各种仪器以及复杂的后备系统，耗资几百亿的宇宙飞船，在之前19年的准备过程中，这艘飞船共花掉了14亿美元，包括设计、建造，以及额外的20亿飞行实验费用。当1990年，美国国家宇航中心开始将“更快、更好、更经济”作为指导宗旨时，他们将当时所建造的无人宇宙飞船的预算降低到了几亿美元的低成本。 但是，此后由于成本所带来的飞船质量问题就开始了。廉价的飞船不能将很多仪器带上太空，那么为完成一次科学任务，所需发射飞船的次数就要增加。另外低成本意味着将来机器可能的损坏率要更大。 如果卡西尼号所完成的这次任务，真的代表一个时代的终结，那么这也是一个华丽的收场。宇宙科学家们应为他们建造并发射了这个飞船而感到无比自豪。他们也会对前期制作草图时的小心谨慎而颇感不必要，“我们似乎总是低估了太阳系可以给我们的一切。”物理学家萨德布卢姆(Soderblum)说。也许，这是我们有生之年中最后一次如此清楚地看到土星，这无疑使我们更加珍惜“卡西尼——惠更斯”号，以及这次登陆土星的意义。（新浪）
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