试听180秒XXI：荣耀卡西尼｜惊世遗产

引言：在卡西尼号结束使命与土星融为一体之前，它的一生，究竟向我们揭示了一个怎样的土星世界呢？又留下了哪些重要的科研遗产？

知识点 I ：首次登陆其他行星的卫星

在太阳系数以百计的卫星中，土卫六是唯一一个大气稠密，表面有大量液态储层的行星，在某些方面，它看起来更像是类地行星。“惠更斯”号探测器在着陆过程中测得土卫六大气氮的含量超过95%，剩下的部分是微量的甲烷、二氧化碳、乙烷等气体。

土卫六表面有超过160万平方公里湖泊或海洋，几乎占总面积的2%。有三个大的海洋，都位于靠近北极，周围被许多小湖泊包围着。

最让人感到兴奋和惊奇的是，土卫六上还会下雨，只不过落下的是甲烷雨，说明土卫六上有类似地球水循环的机制。如果把土卫六称为太阳系内最接近地球的天体，一点儿也不为过。

知识点 II ：首次近距离探访水世界

土卫二表面被冰雪覆盖，是太阳系中反照率最高的卫星。“卡西尼”号发现土卫二地质活动非常丰富而活跃。2005年发现了土卫二101处间歇泉，沟壑纵横，“河网”密布。科学家推测其地表以下30-40公里深处存在着一个平均深度约10公里的全球性液态海洋，最深处达五六十公里。因为土卫二与土卫四的轨道形成2:1共振，“潮汐加热”的效应为其地质活动提供了额外的热源，使得这个远离太阳的冰雪世界却拥有一个规模可观的地下海洋，总量比地球还要大。地下的压力让水冰喷涌而出，最高可达100多公里，其表面的新鲜光滑的冰层以及土星E环中的冰物质都来源于土卫二冰喷泉。2015年“卡西尼”号低空掠过，发现了土卫二喷出的水冰中含有氢气成分，而且含量大大超过预期，因此科学家猜测神秘的海洋底部可能存在某种机制源源不断地产生氢气。

知识点 III ：激情的土星大气

1988年，人们在“旅行者”系列探测器的图像第一次看到土星北极地区存在的六边形风暴。“卡西尼”号观测发现，它覆盖了北纬70°以上整个北极地区，直径有2-3万公里，主体是以逆时针旋转的，风速则可以达到322km/h，中心的风速甚至达到400多km/h。中间还有许多小旋涡跟随着大风暴一起旋转，但其中有一些本身作着顺时针旋转。最大的一个，在六边形的右下角附近，看起来是白色的，直径约3500公里，大约是地球上最大飓风的2-3倍。“卡西尼”号经历了土星北半球的冬天、春天和夏天，因此它发现风暴的大小、风速似乎随季节有一些变化。

为了六边形气旋这一奇特现象，地面人员在旋转汽缸里模拟土星大气环境，结果发现随着自转速率的提高，上层气流开始形成多边形模样，在不同自转速率情况下，可以形成不同结构的流体形状，这个实验说明六边形风暴外形或许和土星的自转速率存在很大关系。但真正原因尚未可知。

土星上还有一些风暴并不存在很长时间。“卡西尼”号完整记录下土星北半球中高纬度地区的一次风暴的发展过程，从2010年底一直持续到2011年下半年。这个风暴拖着长长的尾巴，后来越来越长，蔓延开来，直到绕了土星一圈，后来就融入整个大气中消失不见。

知识点 IV ：多姿多彩的卫星世界

土星62个卫星中有52个获得了命名，其中只有13个直径是大于50km的，只有7个是球形，但是真正达到静力学平衡的只有土卫六泰坦和土卫五瑞亚，最小的还不到1km。卫星中不乏比较有趣的案例，比如4个小卫星在更大的卫星两侧伴飞（“特洛伊”卫星），有2个卫星共用一条轨道，还有2个卫星是F环的“牧羊人”卫星。24个是正常的卫星，38个卫星非常小且非常远，轨道倾角比较大，大部分是顺行，也有逆行，也有不规则运动方式，它们有可能是被土星俘获的。从形态上讲，那加丰富有趣，有的是白雪覆盖的世界，有的包裹着大气仿佛披着迷人的纱裙，有的长得像核桃，有的像海绵，有的像飞碟，有的还像《星球大战》里的死星。

知识点 V ：精彩纷呈的光环世界

土星环非常宽大而明亮，由无数细小碎块组成，有的是尘土、石块，有的是冰粒，反光更强烈。它们绝大多数只有几厘米到几十厘米，顶多也就是米级。环的总质量充其量仅相当于一个小卫星。土星主环从距离土星大气顶部7000公里一直延续到80000公里，而厚度只有几十米至几公里。

1850年法国数学家洛希所做的推断：当一个小行星或卫星距离行星近到一定程度，就会被行星引力所产生的起潮力撕碎，这个距离就被称为“洛希极限”。洛希极限与行星以及卫星的密度都有一定关系。

行星环的成因推测一，一颗卫星落入土星的洛希极限内，被起潮力撕碎瓦解，长时间的公转运动让碎片均匀地分布在一个广泛区域内；推测二，太阳系演化初期残留下来的某些原始物质，因为在土星洛希极限内，从而无法汇聚成卫星，最终形成了光环。有研究人员根据“卡西尼”号数据推测土星环的年龄为40-44亿年，最年轻的也在1亿岁以上，一定程度上支持了第二种学说。

有的环缝中存在小卫星，它们由环上是对坏凝聚而成，同时又像是清道夫一样扫出一条干净的环缝。还有一种情况是引力共振的关系形成了环缝。土星环和卫星属于剪不断理还乱的关系，这样一种环境给了我们非常好的研究机会和研究价值，很多人都把土星环称为“迷你太阳系”。