苏州市科学技术局

原标题:土星的六边形风暴变得更奇怪了!

原标题:土星北极六边形:直上云霄

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出品:科普中国

卡西尼号2016年4月拍摄到的土星北半球。
在过去的12年里,卡西尼号探测器兢兢业业地为我们探索着土星系统,按照任务计划,现在距离它的终场演出投身土星大气并在土星的怀抱中消殒,只有一年时间了。
卡西尼号是人类迄今最雄心勃勃的太空探索项目之一,亦是20世纪最后一艘行星际探测的大飞船。在美国太空网上,探测器团队近日公布了一段令人惊叹的视频,以此向探测器表达敬意。视频由卡西尼号拍摄而成,表现了土星在4个土星日内大气层的变化,将土星大气中椭圆形的风暴、距土星最近的D环、其北极的大六边形射流每一个边长都比地球的直径还大,清晰地展现给世人。
航行七年顺利入轨
卡西尼号在北京时间1997年10月15日16时43分发射升空,本身是卡西尼惠更斯号飞船的一个组成部分,主要任务是对土星系进行空间探测,包括环绕土星飞行,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察等。
如果仅仅依靠火箭的推力在7年之内飞到土星,卡西尼号使用的燃料不能少于70吨。于是,其采用了名为智慧曲线的办法借用行星的引力来加快速度。在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后,卡西尼号于2004年7月1日按计划顺利进入环绕土星的轨道。
以此为起点,卡西尼号探测器陆续发现了土卫六上存在湖泊和巨大风暴,在土卫五上发现富含氧气的大气,调查并观测土星上的季节性变化,并在前所未有的极端环境中开展科学探测。它为生活在地球上的人们提供了大量来自浩瀚宇宙的神秘土星的图片,为科学家探索外太空带来了海量素材和珍贵资料。
领略早期地球模样
毫无疑问,卡西尼号对土星最大的卫星土卫六的探测将载入史册。
土卫六泰坦是土星最大的卫星,位列太阳系最有可能孕育生命的星体榜单前5名之内,而且除地球外,只有土卫六拥有原理与地球水循环相似的所谓甲烷循环。迄今,天文学家仍视泰坦为最接近地球环境的卫星从卡西尼号返回的图片来看,这颗星球的湖泊、丘陵,甚至雾、霾和雨,与英格兰的天气和地貌很相像。
2004年,卡西尼号释放了惠更斯号着陆器。惠更斯号进入土卫六的大气层,成为第一艘在太阳系较外侧天体上着陆的飞船,并调查发现土卫六表面存在液体物质,成分为液态烷烃,与地球早期的模样类似。
2005年4月,卡西尼号飞船在最近一次飞过土卫六时,发现其外层大气中存在多种复杂有机物。当时卡西尼号掠过距土卫六表面1027公里处,它搭载的离子和中子质谱仪发现了有机物踪迹这被认为是卡西尼号职业生涯中最激动人心的发现之一。
2012年7月初,随着探测器一遍又一遍地扫过土卫六,卡西尼号采集的数据表明,在这颗被浓雾环绕的卫星厚厚的冰壳之下,拥有一个晃动着的海洋。2015年,科学家们确认,该星球冰层下的确存在一个全球性海洋。
2016年8月,卡西尼号首次确认在土卫六表面流动着液态沟渠,这些陡峭峡谷很像美国亚利桑那州沿科罗拉多河一带。
正是借助卡西尼号,我们乘上了土卫六这艘时光机,领略到一个十分贴近早期地球的星体,其甚至要比我们现阶段的地球更像从前的自己,它让我们见证了地球早期的状态,帮助人类揭开自身诞生之谜。
任务倒计时已启动
从今年11月末,卡西尼号探测器将开始执行它的最后两个任务。其中一项是变轨飞行,届时卡西尼号将从原先轨道切换到土星北极上方并靠近该星球的F环。从明年4月27日起,探测器会飞掠F环20次,并在土星和土星环的间隙中绕行22次。
预计在2017年9月15日,卡西尼号将进入土星的大气层,同时为我们发回前所未有的土星大气成分精确数据但这也是我们和卡西尼号道永别的时候,地面会失去和这个探测器的联络,而它会在土星大气的摩擦下,如流星般燃烧殆尽。
终极使命的倒计时已启动,但卡西尼号的生命正进入到最辉煌时刻。对卡西尼号团队来说,这段旅程才是真正惊心动魄的决战。此阶段任务能解开更多关于土星的秘密,包括这颗星球的内部结构、重力场及磁场,卡西尼号将不负使命地回传数据,直至自身彻底消陨在土星的怀抱中。来源:科技日报

众所周知,土星环是土星标志性的特征。壮美的土星环为土星颜值加分不少,使其拥有足够的资本去竞争太阳系最美行星的荣誉称号。

制作:haibaraemily

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监制:中国科学院计算机网络信息中心

除了土星环,土星还有一个显著的特征——土星北极的六边形风暴。

除了绚丽的环系,土星最让人着迷的可能就是北极的六边形结构了。

早在上个世纪八十年代初,著名的旅行者1号在造访土星时就注意到这个神秘六边形风暴的存在,并在二十几年后得到卡西尼号的证实。

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图:土星北极六边形。来源:NASA

卡西尼号是人类太空探索史上最伟大的探测器之一,2004年成功进入土星轨道,在经历13年的传奇探测之旅后,于2017年9月坠入土星大气,化作一颗流星,成为土星的一部分。卡西尼号向地球传回的海量数据彻底改变了人类对土星的认识,其中自然包括这个六边形风暴。

尽管这个神秘的六边形总不轻易揭开它的面纱**。**

下图是科学家利用卡西尼号传回的探测数据合成的土星六边形风暴动态变化的情况。请问是哪位道友在此渡劫?

1981年8月,旅行者2号探测器近距离飞掠土星,但当时并没有发现北极有六边形结构

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确实,旅行者2号当时传回了很多包含了土星北极的照片,但些照片并不是正对极区拍摄的,因此很长一段时间里,人们都没有从这些被高度拉伸变形的北极照片中看出什么…直到7年后。

值得一提的是,当卡西尼号2004年刚进入土星轨道时,土星北半球正值冬季,超低的温度限制了卡西尼号对六边形风暴的探测。

1988年,美国国家光学天文台的Godfrey重新处理了这些照片[1],他将这些照片重新投影和拼接,才惊讶地发现土星的北纬77°附近居然有一个如此之大的六边形涡旋结构——

而土星的一年相当于地球的30年,直到2014年土星北半球进入夏季,卡西尼号才得以对六边形风暴展开深入探测。有趣的是,卡西尼号瞥见了一个出人意料的现象,使得土星六边形风暴变得愈发奇怪。

每条边长达1.38万公里,比地球的直径还要长

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据近日发布在《自然通讯》的一项研究介绍,科学家通过分析卡西尼号的探测数据发现,在土星六边形风暴上方还存在一个巨型风暴,而且居然也是六边形的。

图:“拼图”里发现的土星北极六边形。来源:参考文献[1]

原先的六边形风暴藏身于土星大气深处,而新发现的六边形风暴则盘旋在土星大气上部的平流层中。

漫长的四季

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那土星的南极有没有类似的结构呢?那时候还不知道。

毋庸置疑,这项新发现牵引出了一系列疑问。比如,土星有何独特之处,如何在北极区域塑造出这些奇特的六边形风暴?再者,两个六边形风暴之间存在什么联系?希望在卡西尼号遗留的数据中能够找到一些线索吧!

因为旅行者2号飞过土星时,正逢土星南半球的冬季——整个南极都淹没在一片黑暗之中。

来源:三体迷返回搜狐,查看更多

而旅行者2号的轨道设计只是飞掠而过,看完这一眼就再也没有回头。

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是的,遥远的土星有一点和咱们的地球挺像的,那就是自转轴倾角(也就是自转轴和公转轨道面的夹角)都是20多度,这意味着土星和地球一样,也有明显的四季更迭,南北极也有极昼和极夜——只不过,土星的一年差不多有29.5个地球年那么长,也就是说,土星上的每个季节,是地球的30倍长。

当然,后来等到土星的南极从黑暗中露出脸来,一些地基天文望远镜和哈勃空间望远镜都对土星的南北极进行过观测,然而,南极并没有这样的六边形涡旋,只有一个巨大的圆形的涡旋。

也就是说,土星北极的六边形结构不管是在太阳系中,还是在土星上,都是独一无二的。

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图:卡西尼号拍摄的土星南极和北极。南极有一个巨大的圆形涡旋,而北极则是一个稳定的六边形结构加上极点3°附近的一个小型涡旋。来源:NASA

然而,还是由于土星的豪华超长版四季,我们很难持续跟踪土星南北极涡旋随季节的变化,不要说一个土星年了,跟踪半个土星年(14.7个地球年)都很难。

直到卡西尼号探测器的到来。

1997年10月15日,卡西尼号发射于美国卡纳维拉尔角。

2004年6月30日,卡西尼号成功进入土星轨道,那时北半球的冬至(2002年10月)刚过去不久。

此后,卡西尼号开始了长达13年的土星探测,刷新了我们土星、土星环系和土星的多颗卫星的认识。

一直到2017年9月15日,一年前的今天。

为了避免由于轨道失控污染了土星的卫星们(尤其是土卫二这样可能具备生命存在条件的卫星),卡西尼号选择趁燃料还未耗尽之时主动撞向土星大气层坠毁来结束任务。

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