“卡西尼”探測器已經(jīng)繞著土星飛了10年，NASA的科學(xué)家選出了它取得的10大科學(xué)成就。圖片來源：NASA/JPL

6月30日，美國航空航天局（NASA）的“卡西尼”（Cassini）探測器迎來了進(jìn)入土星系統(tǒng)10周年的紀(jì)念日。

10年前，也就是2004年的6月30日，卡西尼抵達(dá)了這顆帶有美麗光環(huán)的行星，開始環(huán)繞它運(yùn)轉(zhuǎn)，就此展開了原定為期4年的土星探測任務(wù)。2008年以來，NASA已經(jīng)3次批準(zhǔn)任務(wù)延期，使得科學(xué)家獲得了一個前所未有的良機(jī)——在長達(dá)10年，也就是土星環(huán)繞太陽大約1/3圈的時間里，細(xì)致地觀察土星及其扈從正在緩慢經(jīng)歷著的季節(jié)變化。

這艘無畏的無人探測器，已向地球發(fā)回了514 GB的科學(xué)數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)表了3000多篇研究論文。為了慶祝環(huán)繞土星10周年，NASA在官網(wǎng)上選出了“卡西尼”探測器的10大科學(xué)成就和發(fā)現(xiàn)。

1、“惠更斯”在外太陽系的一顆衛(wèi)星（土衛(wèi)六泰坦，Titan）上實現(xiàn)了首次著陸

“惠更斯”著陸后發(fā)回的土衛(wèi)六地表的圖像。圖片來源：NASA/JPL

2005年，“惠更斯”成功地在土衛(wèi)六上實現(xiàn)軟著陸，這是迄今為止人類完成的距離地球最遠(yuǎn)著陸。在長達(dá)2小時27分鐘的降落過程中，“惠更斯”著陸器揭示了土衛(wèi)六的真相——這顆星球與生命出現(xiàn)之前的地球非常相似，會下甲烷雨，存在侵蝕和沖刷形成的溝渠，還有干涸的湖床。許多復(fù)雜的碳?xì)浠衔?，包括苯，都存在于土衛(wèi)六的大氣之中?！盎莞埂边€為土衛(wèi)六上的氣溫提供了一手的測量結(jié)果。

2、發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）上活躍的冰噴泉

“卡西尼”在土衛(wèi)二的背陰面拍攝的照片，可以看到這顆衛(wèi)星正在向外（左下方）噴出物質(zhì)。圖片來源：NASA/JPL

在土衛(wèi)二上發(fā)現(xiàn)巨型冰噴泉完全是個意外之喜，以至于任務(wù)設(shè)計者對探測計劃進(jìn)行了徹底地重新規(guī)劃，以便“卡西尼”能夠看個清楚。當(dāng)“卡西尼”在噴泉中發(fā)現(xiàn)水冰存在的證據(jù)之后，這一發(fā)現(xiàn)就變得更加重要了。我們所知的生命，都依賴于水，所以尋找生命的范圍突然之間便被擴(kuò)展到了這顆小小的明亮衛(wèi)星之上。最近“卡西尼”發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)二的地下可能有海洋存在，使得這顆衛(wèi)星成為了我們太陽系中最令人興奮的科學(xué)探測目的地之一。

3、土星光環(huán)是活躍和動態(tài)的，是行星形成過程的天然實驗室

土星A環(huán)的外側(cè)，可以看到一些因為擾動而形成的細(xì)微結(jié)構(gòu)。圖片來源：NASA/JPL

“卡西尼”長達(dá)10年的探測期，使得它有可能觀察到土星動態(tài)光環(huán)系統(tǒng)中的種種變化?！翱ㄎ髂帷卑l(fā)現(xiàn)了螺旋狀的結(jié)構(gòu)，見證了可能是一顆新衛(wèi)星的誕生過程，觀察到了我們的太陽系里或許是最活躍也最混亂的一條光環(huán)（土星的F環(huán)）。

4、土衛(wèi)六泰坦類似于地球，有降雨，有河流，還有湖泊和海洋

土衛(wèi)六北極附近存在3個巨大的湖泊。圖片來源：NASA/JPL

雷達(dá)成像，以及可見光和紅外線圖像都顯示，土衛(wèi)六擁有許多與地球相似的地質(zhì)過程。這些過程產(chǎn)生了甲烷雨，它們沖刷出河道，形成了湖泊和海洋，積蓄著沒有立即蒸發(fā)的液態(tài)甲烷和乙烷（參見《驚濤拍岸土衛(wèi)六》）。

5、研究了2010－2011年間土星北半球的巨型風(fēng)暴

2011年“卡西尼”拍攝的土星，北半球出現(xiàn)了一個巨大的風(fēng)暴。圖片來源：NASA/JPL

2010年末，土星相對平靜的大氣中出現(xiàn)了一個巨型風(fēng)暴。這樣的風(fēng)暴在土星上通常30年才會出現(xiàn)一次，但這個風(fēng)暴提前了10年，讓“卡西尼”看了個一清二楚。在幾個月的時間里，這場風(fēng)暴環(huán)繞了整顆行星，形成了一個漩渦帶?！翱ㄎ髂帷睖y量到了有記錄以來所有行星上幅度最大的升溫過程。從來沒有在土星高層大氣中被觀察到過的一些分子，也被檢測到了。在頭部撞上尾部后不久，這場風(fēng)暴便消散了，持續(xù)時間不到1年。

6、射電波模式顯示，土星的自轉(zhuǎn)不像先前認(rèn)為的那樣簡單

土星發(fā)出的射電波，被稱為土星千米波輻射，揭示出了土星南北半球不同的自轉(zhuǎn)速度。圖片來源：NASA/JPL

土星會發(fā)出射電波，被稱為土星千米波輻射（Saturn Kilometric Radiation）。木星上曾經(jīng)觀察到類似的射電波，被用來推算木星上一天的長短，但土星的自轉(zhuǎn)速度要比木星復(fù)雜得多?！翱ㄎ髂帷卑l(fā)回的最新數(shù)據(jù)顯示，射電波中由行星旋轉(zhuǎn)控制的變化，在南半球和北半球是不同的。不僅如此，南北半球的差異似乎還在隨著土星季節(jié)的變化而發(fā)生改變，南北半球的自轉(zhuǎn)速度實際上已經(jīng)發(fā)生了互換。土星上的一天到底有多長，仍然未知待定。

7、首次拍攝到土星光環(huán)中的垂直結(jié)構(gòu)

“卡西尼”抓住了15年一遇的機(jī)會，拍攝到了土星光環(huán)里的垂直結(jié)構(gòu)投出的長長陰影。圖片來源：NASA/JPL

每隔大約15年，陽光使會直射土星光環(huán)的側(cè)面，而光環(huán)的南北兩面幾乎接受不到陽光的照射?！翱ㄎ髂帷崩眠@一罕見的機(jī)會，觀察到了投射在光環(huán)上的密集的長長的陰影，從而測量出了光環(huán)中這些垂直結(jié)構(gòu)的高度。

8、研究土衛(wèi)六上生命起源前的化學(xué)過程

雷達(dá)圖像顯示了土衛(wèi)六北極地區(qū)的湖泊，生命起源前復(fù)雜的化學(xué)過程可能正在那里發(fā)生。圖片來源：NASA/JPL

土衛(wèi)六的大氣中富含大量不同的分子——就化學(xué)成分而言，這是太陽系里最復(fù)雜的。從陽光遇到甲烷開始，越來越復(fù)雜的分子在大氣中形成，直到它們變得足夠巨大，形成了不透光的煙霧，包裹住了這顆巨大的衛(wèi)星。在更靠近地表的地方，甲烷、乙烷和其他有機(jī)物聚集在一起降落到地表，很可能還有其他生命起源前的化學(xué)過程在那里發(fā)生著。

9、土衛(wèi)八伊阿珀托斯（Iapetus）的陰陽臉之迷被破解

土衛(wèi)八有一張“陰陽臉”，半邊雪白，另外半邊卻似乎一片漆黑。圖片來源：NASA/JPL

土衛(wèi)八的表面為什么一半黑一半白，這個謎題自發(fā)現(xiàn)之日起，已經(jīng)困擾了天文學(xué)家長達(dá)300多年?！翱ㄎ髂帷碧綔y器解決了這個問題。土衛(wèi)八的軌道上散布著深紅色的塵埃，隨著衛(wèi)星在這條軌道上掃過，這些塵埃便降落到它的“迎風(fēng)面”上。深色的區(qū)域吸收熱量變得更熱，而未受污染的區(qū)域仍然是冰冷的。土衛(wèi)八較長的自轉(zhuǎn)周期，促成了它的陰陽兩面。

10、首次完整看到土星北極的六邊形構(gòu)造，并在南北兩極都發(fā)現(xiàn)有巨型風(fēng)暴

土星北極的六邊形高速氣流區(qū)域。圖片來源：NASA/JPL

土星的南北兩極出乎科學(xué)家的預(yù)料：北極長期存在著一個六邊形的高速氣流區(qū)域，而南北兩極都存在著颶風(fēng)一樣的風(fēng)暴。這兩個風(fēng)暴的驅(qū)動力來自何處，仍然是謎。在“卡西尼”剩下來的3年探測任務(wù)期內(nèi)，科學(xué)家希望能夠了解更多兩極風(fēng)暴的性質(zhì)，以及它們得以存在的條件。（編輯：Steed）