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回顾:卡西尼号土星之旅


http://www.sina.com.cn 2005年03月04日 09:41 科学时报

  文/赵路 群芳

  在经历了23年地基观测之后,一架飞行器终于再次踏上了土星的轨道。与1979年至1981年飞越土星的先驱者11号、航行者1号,以及航行者2号宇宙飞船不同,这架名为卡西尼号的飞行器将在土星“逗留”至少4年的时间,期间,它将绕土星轨道飞行74周,搜集有关这颗行星的大气、神秘的磁层和电离层、土星环,以及有关土星卫星的信息。最新出版的《科学》杂志,详细介绍了卡西尼号在飞往土星的途中、通过土星环平面和插入轨道,以及最初几次环绕土星飞行时得到的观测结果。

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  携带12套仪器的卡西尼号飞行器与它的“小兄弟”——装载6套设备的惠更斯号探测器,于1997年10月15日在美国的卡那维拉尔角发射升空。由于自重达5650公斤,为了完成这项艰巨的飞行任务,卡西尼号借助三次引力加速、花费了7年的时间终于抵达了目的地——土星。卡西尼号围绕太阳飞行了两周,并且在2000年12月近距离飞越木星轨道时进行了最后一次引力加速。在飞越木星轨道期间,卡西尼号并没有放弃这一千载难逢的机会,利用随身携带的仪器对木星系统的种种特性进行了探测,取得了激动人心的研究成果。

  随着与土星距离的逐渐拉近,卡西尼号开始向这颗被光环围绕着的神秘星球“滑落”。在2004年6月11日,卡西尼号飞到了距离土星最远的一颗卫星——土卫10(菲比)2071公里的位置。卡西尼号以最近的距离掠过了这颗卫星。从卡西尼号传回的图像可以看到,土卫10的表面覆盖着大量的陨石坑,意味着这颗古老的天体曾经历尽“沧桑”,研究还发现,土卫10由一种岩石和布满孔隙的水冰的混合物构成。为了使飞行器减速,卡西尼号于2004年7月1日点燃了它的主火箭引擎,从而使它能够进入一个稳定的轨道。在成功减速之后,卡西尼号滑越了著名的土星环,并且在接近土星环平面的过程中,获得了有关土星环结构和化学性质的大量详细资料。同时,卡西尼号还在土星环的缝隙处发现了一些新的卫星;绘制了新的土星环图;对于土星环的构成有了更为精细的了解;含氧的云团暗示着土星环具有稀薄的大气;而其他数据则表明,这些土星环是由循环着的卫星碎片构成的,因此土星环很可能是土星的第二代,甚至第三代“子孙”。

  在跨越土星环平面期间,卡西尼号也到达了土星的最接近点,与这颗巨大的气态天体仅仅有18000公里的距离。在接近土星的整个过程中,卡西尼号携带的仪器追踪到了与暴风雨有关的闪电、云团、垂直风剪力,以及土星大气中的热量变化。这些观测结果表明,从1981年至今,土星的旋转速度不可思议地减慢了大约6分钟。与木星的大气相比,土星的大气中含有更多的碳元素,这与通过核增长构成行星的原理相一致。卡西尼号在土星环D内部还发现了一个放射带,其外部的磁场在不断变化,当前的磁场较弱而范围较广,并且这里的离子回旋加速波束也表明了一个动态的等离子区的存在。

  在经过土星最接近点之后,卡西尼号穿过土星环F和土星环G之间的巨大缝隙,进入了一个稳定的轨道。随着这一轨道的形状和角度产生的变化,卡西尼号将能够拜访更多的土星卫星,并且采集土星系统的其他信息,从而绘制出一个关于土星系统的更为完善的动力学三维模型。卡西尼号并非只是随便看看,它要在土星扎下根来。


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