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卡西尼號的成就回顧

9 月 15, 2017 天文資料庫, 專題文章 在〈卡西尼號的成就回顧〉中留言功能已關閉

(作者:蔡錦滔)
卡西號於2017年9月15日衝向土星，結束其全長20年的任務。
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，Picture Credit: NASA/JPL-Caltech

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。
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)

 

 

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

 

 

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

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)

 

 

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)

 

 

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)

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

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。

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

 

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！

 

延伸閱讀：
卡西尼的最後任務(12/7/2017)蔡錦滔    http://blog.starrix.org/卡西尼的最後任務/
2017年10月7日 天文茶聚

星匯點委員。

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