走近那美麗神秘的土星

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【大紀元7月11日訊】(大紀元綜合報導)在太空中經過了七年,花費22億美元之後,卡西尼太空船於7月1日晚間發射引擎減速,使她能夠被土星的引力所吸引。接下來的旅程將費時四年,環繞土星76圈﹐穿越31個知名的衛星軌道,其中包括巨大的泰坦(Titan)衛星。對科學家而言,土星及土星環是經由原始圍繞在太陽周圍的氣體及磁場而形成,他們希望這項任務能夠提供星球形成的重要線索。

在進入軌道之後,卡西尼號將開始拍攝這個令太空人著迷了幾世紀之久的土星環的照片。卡西尼號上有12個儀錶,還有一個叫惠更斯(Huygens)探測裝置,它將被用來發射進入泰坦(Titan)衛星的銀河系大氣層–這枚冷凍衛星引起科學家們的好奇,因為它可能帶回生命起源之前曾經存在地球上的化學合成物。

此項聯合計劃是由美國太空總署(NASA)和歐洲太空署(European Space Agency)與意大利太空署(Italian Space Agency)在1982年提出﹐並以17世紀的土星觀察家卡西尼(Jean Dominique Cassini)及惠更斯(Christiaan Huygens)來命名。

這項計劃的260名科學家中,有多位已經花好幾年時間計劃此項任務,在帕薩迪納的噴氣推進實驗室裡建造卡西尼號,再將這艘太空船送上土星。

卡西尼號長22英呎,寬13.1英呎,重量幾乎達12,600英磅,載有燃料及探測裝置。因為距離太陽太遙遠,無法使用太陽能,所以她使用核能發電來提供電力。

卡西尼號在1997年10月15日從佛羅里達州卡那維爾角(Cape Canaveral)發射時引發抗議,因為抗議人士擔心如果發生意外會造成核能外洩。卡西尼號在1999年的地球低空定點飛越則引發更多關注,但兩項計劃都如期舉行。

*惠更斯和泰坦

狀如炒鍋的惠更斯探測裝置是由歐洲太空署發展出來的,將於12月由卡西尼號發射,並將於明年1月進入泰坦衛星的大氣層。

該裝置的直徑小於9英呎,重705英磅。如果兩個半小時的降落傘下降可以抵擋著陸時的衝力而安全降落,它上面的六個儀器將對泰坦衛星的大氣層及其表面進行探測。

然而,她可能無法找到堅硬的表層以供降落,並且可能會掉進液態乙烷中,使探測裝置很快的關閉。

這個探測裝置最慢會在降落後30分鐘之內將資料用無線電傳回卡西尼號﹐除非電池電力耗盡,或者卡西尼號已經通過泰坦(Titan)衛星的水平面。

2000年時,負責這項任務的科學家發現一個問題,就是卡西尼號無法接收大部份回傳的資料,因為它的設計沒有將「托卜勒效應」考慮進去,當惠更斯探測裝置穿越大氣層的時候,會改變傳導頻率。不過歐洲太空署的惠更斯計劃經理人萊比頓(Jean-Pierre Lebreton)在6月份曾向記者表示這個問題已經解決,但他說測試仍將繼續進行,直到科學家們確定為止。

根據艾拉契表示,有些科學家相信泰坦(Titan)衛星上存在生物出現前的環境,包括有機物,碳化物,化學物,但是其表面溫度為華氏零下290度,生命根本無法生存。

他說:「在某些方面,它可以讓我們想像一下在生命開始之前,地球是個什麼樣子。」

*土星轉一圈是多久﹖

當卡西尼號抵達土星時,將距離地球9億3千萬英里,而無線電信號單向需費時84分鐘,所以太空船將以自動駕駛進入軌道。

隨著離土星距離愈來愈近,卡西尼號太空船觀測到的土星資料也愈來愈多。但卻引發一個意外的疑問:土星自轉一圈到底是多久?

卡西尼號利用土星所發出的電波訊號來測量它的自轉週期時,結果得到10小時45分45秒( 6秒誤差)。但這個結果卻比1980~1981年,航海家1號和2號太空船飛掠土星時, 一樣是利用電波訊號測到的土星自轉週期還多了6分鐘(約1%)。

卡西尼號的科學家們並不懷疑航海家號太空船的測量不準,當然也不認為是土星自轉速度變慢了。他們猜測:可能是土星內部深層發出的電波脈衝可能會受到某種原因而變化。卡西尼號偵測到的土星電波脈衝,聲音聽來有點像是心跳一樣。天文學家長久一來常常利用遙遠天體發出的電波輻射來測量它們的精確自轉週期;尤其是像木星、土星這樣表面沒什麼特徵可追蹤的巨型氣體行星,這個技術用的最頻繁。

1997年時,巴黎天文台的天文學家就已發清b用這種方式測量土星自轉週期與航海家號太空船測量結果不同。NASA哥達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)科學家德施(Michael D. Desch)等人,分析卡西尼號在2003年4月29日至2004年6月10日所測量的土星電波訊號後,發現土星自轉週期確實比航海家號所得結果稍長。

不過,他們想不出有什麼原因會造成土星自轉速度變慢,因此他們猜測可能是因為土星的自轉軸與磁軸恰巧幾乎重合,當土星內部深層和磁場之間有某種滑動時,致使此處的帶電粒子所輻射出的電波輻射也連帶改變。相較之下,木星的自轉軸和磁軸之間相差角度較大,所以電波訊號的變動幅度不大。請注意﹐地球的自轉軸與磁軸也相差了11度之多。

這樣的觀測結果,顯示這些巨型氣體行星的磁場應該與太陽類似—各緯度的磁場旋轉速度不一致,而不是像地球這樣的固體行星—近似「剛體」般旋轉。經過仔細測量後,Desch等人發現:在過去20年間,與電波輻射部分有關的磁場正逐漸向高緯度地區移動。他們期望在未來四年的卡西尼號任務中,能長期監測電波週期的變動,同時能發展出其他測量土星自轉週期的技術,雙管齊下,藉以檢視他們的這個理論是否正確。(http://www.dajiyuan.com)

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