卡西尼土星探测器之春分行动

卡西尼发回的土星

　　光与影的交织

　　土星光环和土星的赤道面基本重合，厚度为10米～20米，主要成分为水冰。春分时阳光会直射土星的赤道面，因此也会从侧向照亮土星的光环。这一低角度的光照条件对于发现土星环面中的新结构非常有利，因为这些高出环面的结构此时会投下长长的影子。

　　在“卡西尼”于2009年5月24日所拍摄的照片中发现了土星环自身垂直结构所投下的阴影，这完美地诠释了土星光环缝隙中的卫星可以对环缝边缘产生重要且复杂的影响。直径8千米的土卫三十五位于土星A环外侧42千米宽的基勒环缝之中。它的引力会对环缝边缘的物质产生作用，使得它们轨道的偏心率变大，由此就会在环缝的边缘处聚集。先前的“卡西尼”观测显示这一作用会随着时间以及与卫星距离的变化而改变。但最新的观测还显示，土卫三十五自身和光环平面并不重合的轨道也会对土星环的垂直结构产生影响。根据影子的长度估算，这些垂直结构的高度为1.6千米，大约是土星主要光环(A环、B环和C环)厚度的150 倍。

　　同样的原理也适用于寻找隐藏在光环中的土星卫星。2009年7月26日，也就在土星春分前不久，“卡西尼”在土星B环中发现了一颗土星的小卫星。这颗小卫星处于B环的外围，距离其外边界480千米。当时它在土星光环上投下的影子长达41千米，正是这一点“出卖”了它。根据影子的长度计算出这个小卫星位于光环平面上方200米。如果和周围的光环物质一样在相同的平面内绕土星运动的话，那么由此估算出它的直径大约为400米。这颗小卫星与早先在土星A环中发现的不同，它并没有在自己两侧的光环中“开凿”出螺旋桨形的窄缝。这也许是由于B环中的物质密度较高所造成的，它们会以较A环中更快的速度来填补缝隙。

　　除了这些光影变幻之外，在“春分”任务中“卡西尼”还会继续对土星卫星和光环之间的相互作用进行研究。在土星的窄环F环的两侧，土卫十七和土卫十六犹如两只牧羊犬时刻看护着F环中的物质。土卫十七位于外侧，直径81千米。土豆形的土卫十六则位于内侧，直径86千米。它的引力会在F环中周期性地产生辐条状的纹路。

　　除了用自身的引力来维护光环之外，有的土星卫星还会通过喷出物质来为光环提供物质，例如土卫二喷出的物质直接导致了土星光环E环的形成。

　　生机盎然的土卫二

　　和一直备受关注的土卫六相比，土卫二是直到最近才开始吸引住人们的眼球的。

　　就在“卡西尼”进入环土星轨道之后半年，出现了太阳、土卫二的边缘和“卡西尼”探测器差不多正好在一条直线上的情形，这一构型称为“高太阳张角”。它非常有利于探测位于太阳和观测者之间的微小尘埃颗粒。观测显示土卫二的南极边缘存在向外的物质喷发。这对于直径刚超过500千米的土卫二而言是令人无法想象的，因为它自身似乎太小了，无法产生喷发所需的大量能量。

　　为了搞清楚真相，科学家们特地把2005年7月“卡西尼”飞掠土卫二南极的高度从1,000千米降到了168千米。让人吃惊的是，土卫二的南极基本上是一个圆形的区域，完全没有环形山，但是明显地分布着一些平行的深裂纹，被称为“虎皮纹”。这些裂纹几乎以等间距排布，绵延130千米，终止于边上的弧形地带。在“虎皮纹”中温度最高的区域存在十几个射向太空的喷流，它们所喷出的微小冰粒在土卫二南极上空形成了一个虽然暗弱但是巨大的火焰形粒子云。

　　随后“卡西尼”穿越了这片粒子云来探察其中的成分。在2008年3月的一次飞掠中，“卡西尼”仔细地测量了其中的水蒸汽、氮、二氧化碳和甲烷，还发现了少量的其它含碳有机物，例如乙炔、氰化氢，以及痕量的乙烷、丙烷、苯和甲醛等。

　　这些结果一下子让土卫二声名鹊起，因为对这一切最好的解释就是在它的表面之下存在一个由潮汐加热维持的海洋。这不能不让人联想到它的“生命潜能”。围绕这一课题，“卡西尼”将在其“春分”任务中进行多方调查。

　　15年来，阳光终于再一次照射到了土星光环的北侧，我们对土星及其卫星系统的新认识正在和土星北半球的春天一起到来。

来源：中国国家天文 谢懿