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狄俄涅:土星衛星的兩個謎團

2024-03-11科學

尊敬的讀者,感謝您在百忙之中閱讀我的文章,這是對我努力的肯定,也是持續創作的動力,向您致以我最誠摯的敬意,希望能得到您的一個"關註",在此感謝!

這是義大利天文學家喬瓦尼·多梅尼科·卡西尼發現的土星衛星的名稱。這一非凡的事件於 1684 年在他的巴黎天文台發生。

卡西尼號沒有給發現的天體起一個永久的名字。直到 19 世紀,約翰·赫雪爾才提出了我們今天仍在使用的土星衛星的名稱。狄俄涅(Dione)這個名字與戴安娜(Diana)這個名字有相同的起源。字面意思是「女神」。

然而,這位女神卻相當謙虛:她的平均半徑約為 560 公裏,是月球半徑的三分之一。盡管土星的其他類似衛星(土衛一和土衛二)都比土衛六小。比如特提斯海,半徑約為530公裏。

土衛四距離土星近 380,000 公裏。也就是說,大約與月球距地球的距離相同。該衛星繞土星執行大約需要 2.7 天。月球繞地球一周需要 4 周的時間。造成這種差異的原因是土星品質巨大。

由於我們的月球受到更溫和的重力的「束縛」,總是面向地球的同一側,天文學家長期以來一直懷疑狄俄涅也發生了同樣的事情。而這個假設後來也得到了證實。

狄俄涅的軌域幾乎是完美的圓形。其偏心率值為 0.002。由於這個軌域,天體幾乎不受潮汐力的影響。因此,它的內部不像土星其他衛星那麽熱。

土星衛星的軌域

然而,盡管土衛四的軌域看起來無趣,它卻影響著土衛二的軌域。衛星處於所謂的「拉普拉斯共振」,其值為 2:1。這意味著土衛二繞土星執行所需的時間是土衛二的兩倍。因此,後者受到顯著的重力影響。這導致其軌域出現顯著的偏心率。與此同時,品質明顯大於土衛二的土衛四與土星的距離幾乎沒有改變。並保持著近乎圓形的軌域。

這很奇怪,但在這個過程中存在著一整套的因果鏈。土衛二影響土衛二的軌域,使其更加偏心。從而導致衛星內部潮汐加熱。由於這次撞擊,土衛二擁有非常劇烈的內部動力、冰火山等等。土衛二上的冰火山活動又導致大量物質釋放到太空中。土星的 E 環就是由它形成的。但由於土衛四本身嵌入 E 環中,就像該地區的其他衛星一樣,它會遭受來自環的小顆粒緩慢但持續的「降雪」。但歸根結底都是她自己的錯!畢竟,是狄俄涅啟動了一系列過程,最終逐漸用環中的粒子覆蓋其表面。

透過拍攝狄俄涅,航海者號向天文學家展示了一顆典型的衛星,它「生活」在太陽系遙遠而寒冷的區域。它是一個被冰覆蓋的球體,沒有大氣層,布滿了大小不一的隕石坑。

探測器還在這顆相當「標準」的衛星上發現了一些相當奇怪的東西。第一個與隕石坑有關。土衛六上有很多這樣的粒子,就像任何幾乎沒有大氣層的古代衛星一樣。然而,他們在一個非常意想不到的地方關註了迪翁。

隕石坑之謎

正如我們已經說過的,狄俄涅總是以同一面面對土星。在其軌域運動中,它可以說有一定的「前」和「後」部份。當它繞著這顆巨行星移動時,衛星的前部會遇到更多的物體。大或小,都沒關系。有一點是肯定的:迪奧娜用她的「正面」「捕捉」到的這些物體比她的背面接收到的要多得多。因此,預計衛星正面的隕石坑比背面更集中是合乎邏輯的。

有人提出,很久以前,狄俄涅改變了繞其軸的旋轉方向!這很好地解釋了為什麽隕石坑的排列方式與預期的配置完全相反:只是它們大多數是在衛星旋轉方向改變之前形成的!

但什麽會導致這樣的變化呢?考慮到土衛四有幾個直徑為 100 公裏的隕石坑(即衛星本身直徑的 10% 左右),答案可能非常簡單:來自某個大型物體的巨大撞擊!模擬表明,一個能夠形成直徑至少 35 公裏隕石坑的物體,如果以直角撞擊,很可能會導致土衛四改變其軸上的旋轉方向。而且由於衛星上有很多非常大的隕石坑,這個解釋似乎很合理。

白色條紋的奧秘

在航行者影像中發現的第二個令人驚訝的事情是表面上非常亮的白色拉長區域。這些「條紋」看起來比衛星表面的其他部份亮得多。一般來說,或多或少是輕的。

不幸的是,航行者影像的分辨率不夠高,無法以必要的解析度看到這些白色結構。關於光條紋性質的第一個假設被證明是錯誤的。雖然沒那麽蠢。1980年,有人認為它們是低溫火山的結果。

2004年,卡西尼號探測器進入土星軌域,並開始為天文學家帶來令天文學家高興的影像,這些影像時不時地讓科學家們眼前一亮。

卡西尼號收集了足夠的數據,使科學家能夠更好地了解土衛六的特征。此外,這些數據使得揭示衛星表面白色條紋的秘密成為可能。

二酮的品質約為 10^21 千克,當然,這並不能說明什麽。除非你將它與其他東西進行比較。我們的月球品質約為 7·10^22 千克。也就是說,它的品質大約是二酮品質的七十倍。

知道二酮的品質和體積,我們就可以計算出它的平均密度。對於冰體來說,這已經相當大了:1500 kg/m3。也就是說,衛星的密度比水大50%。土衛六的所有冰層下面很可能有一個巖石核心。所以這個天體不僅僅是一個冰球。

卡西尼號距離狄俄涅非常近。探測器多次經過精心計劃的衛星飛越。我以盡可能高的分辨率拍攝了它的表面。包括神秘的光條紋。

狄俄涅的峽谷

2011年,卡西尼號鼓起勇氣,勇敢地飛過距離土衛六表面僅99公裏的地方。比以往任何時候都更近。他沒有白做。多虧了這個小型探測器的照片,我們才有了月球表面的完整地圖!

研究這些影像後,天文學家突然意識到這些光條紋並不是低溫火山作用形成的冰。這些都是冰冷的峽谷!由於地質作用,地表多處裂開,形成了很長的溝壑,兩側的落差可達百米!

2010年,卡西尼號發現了狄俄涅大氣層的痕跡。然而,它的密度可以忽略不計。你可能不能稱之為氣氛。相反,它只是圍繞衛星飛行的「少數」離子。

狄俄涅殖民化的前景如何?是否有可能在這顆衛星上建立永久基地?

這些問題的答案是:土衛六是土星子系統中一個相當安全的地方。這是一個地質穩定的天體,遠離高能粒子暴露的區域。事實上,這裏是一個建立基地的好地方。

狄俄涅還有另一個優點:衛星含有大量以冰形式存在的水。這個氫原子數量表明存在大量重同位素,例如氘和氚。它們將來可能成為良好的燃料來源。