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狄俄涅:土星卫星的两个谜团

2024-03-11科学

尊敬的读者,感谢您在百忙之中阅读我的文章,这是对我努力的肯定,也是持续创作的动力,向您致以我最诚挚的敬意,希望能得到您的一个"关注",在此感谢!

这是意大利天文学家乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼发现的土星卫星的名称。这一非凡的事件于 1684 年在他的巴黎天文台发生。

卡西尼号没有给发现的天体起一个永久的名字。直到 19 世纪,约翰·赫歇尔才提出了我们今天仍在使用的土星卫星的名称。狄俄涅(Dione)这个名字与戴安娜(Diana)这个名字有相同的起源。字面意思是「女神」。

然而,这位女神却相当谦虚:她的平均半径约为 560 公里,是月球半径的三分之一。尽管土星的其他类似卫星(土卫一和土卫二)都比土卫六小。比如特提斯海,半径约为530公里。

土卫四距离土星近 380,000 公里。也就是说,大约与月球距地球的距离相同。该卫星绕土星运行大约需要 2.7 天。月球绕地球一周需要 4 周的时间。造成这种差异的原因是土星质量巨大。

由于我们的月球受到更温和的引力的「束缚」,总是面向地球的同一侧,天文学家长期以来一直怀疑狄俄涅也发生了同样的事情。而这个假设后来也得到了证实。

狄俄涅的轨道几乎是完美的圆形。其偏心率值为 0.002。由于这个轨道,天体几乎不受潮汐力的影响。因此,它的内部不像土星其他卫星那么热。

土星卫星的轨道

然而,尽管土卫四的轨道看起来无趣,它却影响着土卫二的轨道。卫星处于所谓的「拉普拉斯共振」,其值为 2:1。这意味着土卫二绕土星运行所需的时间是土卫二的两倍。因此,后者受到显着的重力影响。这导致其轨道出现显着的偏心率。与此同时,质量明显大于土卫二的土卫四与土星的距离几乎没有改变。并保持着近乎圆形的轨道。

这很奇怪,但在这个过程中存在着一整套的因果链。土卫二影响土卫二的轨道,使其更加偏心。从而导致卫星内部潮汐加热。由于这次撞击,土卫二拥有非常剧烈的内部动力、冰火山等等。土卫二上的冰火山活动又导致大量物质释放到太空中。土星的 E 环就是由它形成的。但由于土卫四本身嵌入 E 环中,就像该地区的其他卫星一样,它会遭受来自环的小颗粒缓慢但持续的「降雪」。但归根结底都是她自己的错!毕竟,是狄俄涅启动了一系列过程,最终逐渐用环中的粒子覆盖其表面。

通过拍摄狄俄涅,航海者号向天文学家展示了一颗典型的卫星,它「生活」在太阳系遥远而寒冷的区域。它是一个被冰覆盖的球体,没有大气层,布满了大小不一的陨石坑。

探测器还在这颗相当「标准」的卫星上发现了一些相当奇怪的东西。第一个与陨石坑有关。土卫六上有很多这样的粒子,就像任何几乎没有大气层的古代卫星一样。然而,他们在一个非常意想不到的地方关注了迪翁。

陨石坑之谜

正如我们已经说过的,狄俄涅总是以同一面面对土星。在其轨道运动中,它可以说有一定的「前」和「后」部分。当它绕着这颗巨行星移动时,卫星的前部会遇到更多的物体。大或小,都没关系。有一点是肯定的:迪奥娜用她的「正面」「捕捉」到的这些物体比她的背面接收到的要多得多。因此,预计卫星正面的陨石坑比背面更集中是合乎逻辑的。

有人提出,很久以前,狄俄涅改变了绕其轴的旋转方向!这很好地解释了为什么陨石坑的排列方式与预期的配置完全相反:只是它们大多数是在卫星旋转方向改变之前形成的!

但什么会导致这样的变化呢?考虑到土卫四有几个直径为 100 公里的陨石坑(即卫星本身直径的 10% 左右),答案可能非常简单:来自某个大型物体的巨大撞击!模拟表明,一个能够形成直径至少 35 公里陨石坑的物体,如果以直角撞击,很可能会导致土卫四改变其轴上的旋转方向。而且由于卫星上有很多非常大的陨石坑,这个解释似乎很合理。

白色条纹的奥秘

在航行者图像中发现的第二个令人惊讶的事情是表面上非常亮的白色拉长区域。这些「条纹」看起来比卫星表面的其他部分亮得多。一般来说,或多或少是轻的。

不幸的是,航行者图像的分辨率不够高,无法以必要的清晰度看到这些白色结构。关于光条纹性质的第一个假设被证明是错误的。虽然没那么蠢。1980年,有人认为它们是低温火山的结果。

2004年,卡西尼号探测器进入土星轨道,并开始为天文学家带来令天文学家高兴的图像,这些图像时不时地让科学家们眼前一亮。

卡西尼号收集了足够的数据,使科学家能够更好地了解土卫六的特征。此外,这些数据使得揭示卫星表面白色条纹的秘密成为可能。

二酮的质量约为 10^21 千克,当然,这并不能说明什么。除非你将它与其他东西进行比较。我们的月球质量约为 7·10^22 千克。也就是说,它的质量大约是二酮质量的七十倍。

知道二酮的质量和体积,我们就可以计算出它的平均密度。对于冰体来说,这已经相当大了:1500 kg/m3。也就是说,卫星的密度比水大50%。土卫六的所有冰层下面很可能有一个岩石核心。所以这个天体不仅仅是一个冰球。

卡西尼号距离狄俄涅非常近。探测器多次经过精心计划的卫星飞越。我以尽可能高的分辨率拍摄了它的表面。包括神秘的光条纹。

狄俄涅的峡谷

2011年,卡西尼号鼓起勇气,勇敢地飞过距离土卫六表面仅99公里的地方。比以往任何时候都更近。他没有白做。多亏了这个小型探测器的照片,我们才有了月球表面的完整地图!

研究这些图像后,天文学家突然意识到这些光条纹并不是低温火山作用形成的冰。这些都是冰冷的峡谷!由于地质作用,地表多处裂开,形成了很长的沟壑,两侧的落差可达百米!

2010年,卡西尼号发现了狄俄涅大气层的痕迹。然而,它的密度可以忽略不计。你可能不能称之为气氛。相反,它只是围绕卫星飞行的「少数」离子。

狄俄涅殖民化的前景如何?是否有可能在这颗卫星上建立永久基地?

这些问题的答案是:土卫六是土星子系统中一个相当安全的地方。这是一个地质稳定的天体,远离高能粒子暴露的区域。事实上,这里是一个建立基地的好地方。

狄俄涅还有另一个优点:卫星含有大量以冰形式存在的水。这个氢原子数量表明存在大量重同位素,例如氘和氚。它们将来可能成为良好的燃料来源。