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卡西尼號的成就

2017/9/15 — 9:00

卡西尼號(NASA片段截圖)

卡西尼號(NASA片段截圖)

卡西尼號環繞土星 13 年,曾多次接近土星及其月亮,下圖總結出每一年環繞土星的次數、飛近土星月亮泰坦 (Titan) 共 127 次、恩克拉多斯 (Enceladus) 的次數,其他主要月亮的次數。右下方顯示卡西尼號曾 22 次飛越土星光環,圖片的下方則顯示土星北半球的季節變化。由於土星一年的時間等於地球的 29 年,所以 13 年的探索就等同土星度過了它半年的時間。

卡西尼號的任務一覽
Credit: NASA/JPL-Caltech

卡西尼號的任務一覽
Credit: NASA/JPL-Caltech

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近日,很多人都知道探索土星的卡西尼號完結其任務,但可能不太清楚卡西尼號做過甚麼,有甚麼成就?就讓我們總結一下。

1.卡西尼號讓我們知道另一個可能有生命存在的世界。

卡西尼號曾探索土星月亮恩克拉多斯及泰坦。這兩個月亮都擁有海洋,它們都擁有可培育生命的成份。在卡西尼號出發往土星之前(1997 年),沒有人知道,除了火星外,太陽系有甚麼地方可擁有培育生命的地方。 1998 年,伽利略號任務發現木星月亮歐羅巴 (Europe) 擁有海洋。直至 2004 年,卡西尼號到達土星,它把衛更斯號發射進入泰坦 (Titan) 的大氣層,發現那裏有一個甲烷海洋,人類意想不到在太陽系這個遙遠的地方,一個比地球及太陽的距離遠 10 倍的地方,有一個星球上擁有海洋,甚至可能有生命存在。

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神秘的月亮泰坦被厚厚的大氣層包圍。
Credit: NASA/JPL-Caltech

神秘的月亮泰坦被厚厚的大氣層包圍。
Credit: NASA/JPL-Caltech

2. 泰坦讓我們知道原始地球是怎樣的。

科學家搜集衛更斯號的訊息及元素分析後,相信泰坦與原始地球非常相似。這個星球讓我們看到從前地球的情況,包括成份和地貌。科學家已開始計劃將來會再次探索這個星球,希望藉此明白地球的過去與演化歷史。

衛更斯降落泰坦時,曾探測過它的大氣化學成份。
Credit: ESA / ATG medialab

衛更斯降落泰坦時,曾探測過它的大氣化學成份。
Credit: ESA / ATG medialab

3. 探索土星系統如同研究行星系統。

卡西尼號研究的土星光環及月亮系統,如同一個小太陽系。它看到光環系統內的物質如何結合、如何分離。光環內的物質軌道的震動、特性,在物理性質上,如同太陽系的行星如何形成。

土星 F 環隨時間在變化。
Credit: NASA/JPL-Caltech/SSI/QMUL

土星 F 環隨時間在變化。
Credit: NASA/JPL-Caltech/SSI/QMUL

4.觀測土星的季節變化有助了解外行星的特性。

卡西尼號觀測了土星的季節變化,最特別的是,如看到每隔30年一次的颱風,泰坦的甲烷雨風暴的出現和消失,又被稱為「魔法島 (Magic Island) 」的現象。

巨大的土星風暴。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

巨大的土星風暴。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

在多年來,卡西尼號見證了土星的季節氣候,在不同角度的陽光照耀下,出現不同的色彩,透過土星光環的冰粒觀看陽光,令光環呈現不同的光暗色彩。此外,它又曾觀測過土星光環的輪輻 (Spokes),並確信這個現象的原因與季節相關。

土星光環上的神秘輪輻。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

土星光環上的神秘輪輻。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

春天的土星
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

春天的土星
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

5. 知道土星不同的月亮擁有不同的故事。

卡西尼號看到很多不同的土星月亮,各自有自己的故事。除了泰坦和恩克拉多斯外,例如:月亮菲比 (Phoebe) 應該是來自海王星以外的天體,被土星捕獲的月亮。

卡西尼號又曾見過幾個不同的月亮如何與F光環有交互作用。

被比喻為如同星球大戰的「死亡之星」的土星月亮米馬斯 (Mimas)。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

被比喻為如同星球大戰的「死亡之星」的土星月亮米馬斯 (Mimas)。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

6. 了解土星光環的複雜性及運作。

卡西尼號的數據顯示有多種方式可以形成行星的光環。例如,鬆散的 E 環是由月亮恩克拉多斯噴發出來的冰水形成的。又例如, G 環及 2006 年發現的兩個光環都是由隕石接擊月亮的碎片做成的。此外, F 環則由不同的牧羊衛星所控制及維護。

卡西尼號的近距離觀測亦讓它發現了很多細小的月亮在光環中運行,維持光環的穩定性。

7. 有些發現是偶然的,但卻非常重要。

細小的月亮恩克拉多斯可以噴出冰和水,後來發現它的地底下是一個大型的海洋。

發現恩克拉多斯噴出冰和水。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

發現恩克拉多斯噴出冰和水。
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

土星的磁場裏居然佈滿了受激發的氣體,居然是氧氣 (Oxygen) 的電漿。

泰坦的地表面和海洋發現也是意想不到的。

土星的一日時長時短(10.6—10.8 小時之間),與其自轉多變的不穩定性也是偶然發現的。

8.卡西尼號是人類的複雜技術製成品。

卡西尼號可說是國際合作的製作品。 19 個城市貢獻製作飛行硬件,卡西尼號有 12 個、衛更斯號有 6 個。 26 個國家的科學家擕手合作研究。

1996 年組裝中的卡西尼號
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

1996 年組裝中的卡西尼號
Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

卡西尼號並沒有足夠的燃料在這 13 年內不停飛行,月亮泰坦一直扮演著讓它改變航道的加油站,故為何曾經飛近泰坦 127 次。透過軌道轉換,卡西尼號再次有新的探索路線,標誌著人類的智慧和技術。

卡西尼號的任務在很多個月及年之前就編排好,但實行時往往要準確至幾分之一秒。複雜程度需要多個團隊同心協力的合作。

9. 讓我們看到土星、它的光環和月亮精彩的影像。

大量精彩、美麗的近距離相片,月亮、光環在相片中的互動,令我們對這個巨大的行星有更深刻的感受。

卡西號於 2017 年 9 月 15 日衝向土星,結束其全長 20 年的任務。多謝您對科學知識的貢獻!

卡西尼號(NASA片段截圖)

卡西尼號(NASA片段截圖)

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