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“天资”出众

2019-10-12 太阳系

“天资”出众
天文学家们为什么特别看重土卫六呢?因为土卫六“天资”出众,所以受到天文学家们的青睐和器重。土卫六与众不同的“天资”表现在如下方面:
首先,土卫六的直径为 4828 公里,在卫星世界中居第二位,比九大行量中的冥王星大许多,跟水星的个头儿差不多。它的质量是月球质量的 1.8 倍,平均密度为每立方厘米 1.9 克,约为地球密度的 1/3,引力则为地球的 14 %。
土卫六与土星的平均距离为 122 万公里,沿着近乎正圆形的轨道绕土星运动。它像月球一样,总以同一面向着自己的行星——土星。也就是说,如果在土星上看土卫六的话,永远只能看到土卫六的同一个半面。它的轨道基本上在土星赤道面内。你可以想一想,土卫六这么大的天体,沿着大约 122 万公里的半径,居然运动在近乎正圆的轨道上,这真是有点难以想象的事。如果让我们专门画这样一个圆,恐怕也是不容易办到的。足见天体演化中的自然奇观。
第二, 1944 年,美籍荷兰天文学家柯伊伯对土卫六进行了系统的分光观测研究,发现土卫六上有甲烷气体,从而确认土卫六上有浓密的大气层。一直到现在,土卫六仍是太阳系内已知的 60 多颗卫星中有大气的唯一卫星,这怎能不受到天文学家们的特别偏受呢?
第三,根据土卫六的运动特征、物理状况和化学成分,天文学家们判定土卫六是和土星一起演化形成的,属于稳定卫星,不可能是土星后来捕获的小天体。一些天文学家曾一度将土卫六的质量、体积、表面重力、表面温度、大气成分、水和冰的含量、自转和公转等天体特征和天体环境与地球进行比较,目的是想从中获取有关早期生命物质演化的蛛丝马迹。
其他天体上有没有生命的繁衍?这个问题一直萦绕在天文学家们的脑际。土卫六的发现者惠更斯在《天体奇观,关于其他行星上的居民、植物及其世界的猜想》一书中写道:如果我们认为这些天体上除了无边无际的荒凉 之外,一无所有,   甚至进一步认为那里根本不可能存在高级生物,那么我们无异就贬低了它们,而这是非常不合情理的。诚然,判断哪个天体上有没有生命,这是一个十分严肃的科学问题。从目前看,恐怕过于乐观是不现实的,然而过于悲观也是没有根据的,实践是检验真理的唯一标准。至于土卫六上的生命信息,至今仍是个不容乐观的谜,但是一定会在不断探测的实践中得到解决。
从地球上看去,土卫六是一颗 8.4 等星。凭眼睛直接看是绝对看不到的。用较好的天文望远镜观测它,也只能看到一个小小的红点似的盘状体。为什么是这个颜色呢?有人认为这可能是因为土卫六上存在着复杂的有机分子。当然,完全依靠地面观测是解决不了这类问题的,只能是“纸上谈兵”。
随着宇航事业的飞速发展,行星际探测器取得了空前的成果。目前,亲自探测过土卫六的行星际飞船共有两个。它们是美国发射的“先驱者 11 号”和“旅行者 1 号”。
1979 年 9 月 1 日,“先驱者 11 号”飞掠土星,考察了土卫六。不过,当“先驱者 11 号”考察土卫六时,正赶上一阵强烈的太阳风,严重地影响了发回的信息。地面控制中心只收到它在 35 万公里处拍下的 5 张高分辨率的照片。在照片上,土卫六呈现美丽的桔红色,像熟透了的桔子。“旅行者 1 号”于 1980 年 11 月 11 日飞临土卫六。它离土卫六最近时,离云顶只有 4000 公里,探测取得完满的成功。就是这次,测得土卫六的直径为 4828 公里,而不是过去认为的 5550 公里。
“旅行者 1 号”对土卫六的考察结果表明,土卫六确有浓厚的大气层,约有 2700 公里厚,比地球大气密度还高。大气的主要成分是氮气,占 98%,甲烷占 1%,还有少量的乙烷和氢等。金星、地球和火星的大气中也都有氮气,但是都没有土卫六这么多得惊人。
“旅行者 1 号”还发现土卫六大气呈雾状。浓密的雾层使阳光不能照到土卫六的表面,影响了“旅行者 1 号”对土卫六表面的观测。同时,也有的科学家根据“旅行者 1 号”的观测资料,认为土卫六大气中充满甲烷。
为了进一步研究土卫六大气和生命的关系,美国康奈尔大学的行星物理学家卡尔·萨根等人,做了土卫六大气模拟实验。研究者认为,土卫六上含有大量氮气的大气层,产生了各种各样的生命前的化学物质。萨根指出:“早期的地球上可能也曾发生过类似的过程。但在土卫六上发生的生命前化学过程,因为那里的温度远低于水的冰点,大概是不会有生命的。”
说到这里,你有没有想到:为什么在卫星中只有土卫六有如此丰富的大气层呢?这一直是行星物理学家们在思索的问题。有人认为,这可能是土卫六表面温度高到足以维持相当数量的甲烷和氨气,以保持与其表面的冰相平衡。也可能是土卫六上的冰含有甲烷和氨,在上卫六的温度下容易形成大气。第三种可能是土卫六大气不会像受木星强磁场那样,使大气跑掉。第四种可能是土卫六的质量大,能经受内部的分化,分化出的冰向表面集中,它的引力足以使大部分的气体不至跑掉。
这颗令人神往的土卫六表面是什么样子呢?应该说至今还没有直观的资料。科学家们做过多种可能的推测,科学幻想小说家们对土卫六的描述,更是笔下生辉。然而,一切都必须尊重科学。
根据土卫六大气中那么多氮气,同时土卫六表面温度又比地球低得多,约在-201~-190℃之间,以及土卫六的体积和质量等,有的科学家推测它的 内部物理状况及表面特征,并首先寻找土卫六上的岩石和冰的比例关系。有人估算土卫六上的岩石物质约占它总质量的 55%,其余为冰;土卫六表面是寒冷的液态海洋,海洋中 70%是乙烷,25%是甲烷,5%是熔解氮,整个液态海洋约有 1 公里厚,包围着土卫六。1989 年 6 月 4~5 日,从地球上向土卫六进行了雷达探测,结果表明土卫六上也可能有陆区。
“旅行者 1 号”还发现土卫六的南北两半球的明暗有差异:南半球明亮,北半球暗淡。这是什么原因造成的呢?可能是土卫六上南北不同季节引起的。“旅行者 1 号”拜访时,土卫六北半球正好是春季的开始。不过,也有人认为这可能是土星磁层对土卫六的影响。总之,目前还解释不清楚。土卫六大气吸光能力很强,可吸收落在它上面的阳光约 80%。这些热量大部分被大气中的雾粒和甲烷气体吸收,也许只有 5%~10%的阳光能到达土卫六的表面。
从惠更斯发现土卫六起,300 多年来,关于土卫六的不解之谜似乎越来越多。其实这是不奇怪的,这表明我们的认识越来越深刻。伟大的波兰天文学家哥白尼有一句名言:“人的天职是勇于探索。”