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  对于大部分普通公众来说,除了地球和火星,太阳系中最熟悉的大行星恐怕就非土星莫属了。这主要是因为它拥有一个美丽的光环系统,就像戴了一顶好看的大草帽。 这张照片由卡西尼号探测器拍摄,由30张图像合成,时间是2008年12月30日

  北京时间8月29日消息,对于大部分普通公众来说,除了地球和火星,太阳系中最熟悉的大行星恐怕就非土星莫属了。这主要是因为它拥有一个美丽的光环系统,就像戴了一顶好看的大草帽。

  但是事实上,如果你抵近观察就会发现其实这个好看的"大草帽"不过是一堆冰块碎屑而已。2004年以来,美国宇航局的卡西尼探测器一直在围绕土星的轨道上运行,对其本体,卫星以及光环系统进行迄今为止最为细致的考察。这些探测正帮助科学家们解答一系列长久以来有关这颗行星悬而未决的谜团。

  光环是如何形成的?

  尽管太阳系中的另外三大巨头:木星,天王星和海王星也都分别拥有光环系统,但是没有任何一个的光环系统像土星光环那样好看,密度那么高,厚度那么大。

  土星的光环系统从距离土星云层顶约4000英里(约合6437公里)处开始出现,一直延伸到距离约7.5万英里(约合12.07万公里)的空间。这一光环系统中还存在大量的细缝,这是由于诸多小型"牧羊犬卫星"造成的,它们的引力影响了光环微粒的运行。

  有意思的一点是,土星的光环可能是非常年轻的,其形成年代距今可能仅有数亿年;也有可能是非常古老的,甚至是和土星一起,于大约40亿年前诞生的。卡洛琳·波柯(Carolyn Porco)是设在科罗拉多州波尔多的"卡西尼操作成像中心实验室"(CICLOPS)主任,她同时还是卡西尼成像科学组的负责人。她说:"我们不知道土星光环是何时,是如何形成的。"

  科学家们相信土星光环物质的来源必定是以下两者之一:一颗误入土星洛希极限距离并被引潮力撕碎或被彗星撞击破碎后形成的碎屑;或是土星在形成时期留下的"原材料"剩余。

  对于土星光环结构形成机制的理解将有助于我们理解宇宙中的其它类似结构。卡洛琳说:"我们现在在太阳系有着距离最近的样本可供研究参考,以此我们可以对宇宙其它地方的类似现象进行考察,包括现在已经发现的其他行星系统,甚至比这大得多的旋涡星系的旋臂结构。"

  土星的风暴之谜

  和太阳系中和它体积最接近的行星木星相比,土星拥有一种暗淡的米黄色调。去年12月,土星北半球却突然出现了一个巨大的白色风暴。

  卡洛琳说,根据过去180年间的观测数据,科学家们发现土星大约每30年左右就会出现这样规模较大的风暴。这极可能和土星的季节转变有关,因为土星上的一年恰好相当于地球上的30年左右。

  但是究竟这些巨星风暴的能量来自哪里,以及它们是如何起源的,我们则一无所知。卡洛琳说:"这些风暴蕴含着巨大的能量,对于这些现象的研究将有助于我们理解土星这样的气态巨行星和地球、金星这样的类地行星大气之间存在的巨大差异。"

  神秘的极区六角形

  在1980年代早期,美国宇航局的旅行者探测器在土星北极上空捕捉到一个神秘的六角形图案。最近几年间,卡西尼探测器对这一现象进行了详细的后续观测。这一奇特的气象现象形成的巨大图案足以容纳4个地球。

  卡洛琳说:"科学家们在地面实验室内利用一个水池内的液体进行各种不同环流模式下极区多边形可能出现模式的研究,结果发现土星极区的六边形可能是一个存在自转的星体上流体动力学机制导致的一种奇异现象。"然而,这一现象的长期持续性和稳定性注定将让科学家们继续花费更多的时间去了解其本质。

  计算土星的自转周期

  计算土星的自转速度,并以此计算出土星上一天的长度是一件非常困难的事情。和拥有固态表面的行星不同,土星高空云层的运动并不一定真实地反映出其内部作为整个星球的运动。

  为了解决这个问题,科学家们利用对土星发射的天然无线电波的韵律性节奏进行统计,并以此进行土星自转周期的计算。这种方法在对木星进行研究时非常有效,而基于旅行者号探测器的数据,土星的自转周期也被很快计算出来了。但是在2004年,根据卡西尼探测器提供的数据进行的计算却显示土星的自转周期诡异地延长了大约6分钟。后来进行的研究发现土星的磁场(即产生这种天然无线电信号的来源)其实并不和土星本体作同步运转。

  于是,科学家们不得不找出他们所掌握的所有数据:来自美国宇航局先驱者号探测器,旅行者号探测器和卡西尼号探测器的数据,并试图做出他们的最佳估算值,结果显示土星的自转周期(一天的长度)大约是10小时32分35秒(误差约正负13秒)。

  这一结果已经相当精确。但是一天这样的误差区间在经过相当于30个地球年的1个土星年之后,误差累积将达正负4个土星日,这对于试图编制精密的土星日历的人们来说可真是糟糕透顶的消息。

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channelId 1 1 土星谜团:极区六角形图案可容纳4个地球 1 尽管太阳系中的另外三大巨头:木星,天王星和海王星也都分别拥有光环系统,但是没有任何一个的光环系统像土星光环那样好看,密度那么高,厚度那么大