2005年5月22日美國宇航局（NASA）的卡尼西號宇宙飛船拍攝的圖片展示了，土星冰冷的衛(wèi)星土衛(wèi)四狄俄涅（Dione)漂浮在巨大行星之前。圖片來源：NASA/噴氣推進(jìn)實驗室/太空科學(xué)研究所。

土星的神秘遠(yuǎn)不止它那雄偉的光環(huán)。這顆行星擁有62顆奇異的衛(wèi)星。土衛(wèi)六泰坦（Titan）是一顆比我們的月球還要巨大得多的冰雪世界，以其稠密，朦朧的大氣層和甲烷海而聞名。土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）則是一顆明亮的白色冰球，其冰冷的外殼內(nèi)包裹的是液態(tài)海洋，氤氳的水柱從南極附近的裂縫中不斷地噴涌。土衛(wèi)十八潘（Pan）坐落于其光環(huán)之中，以看起來似意大利方餃而聞名，而土衛(wèi)十杰納斯（Janus）看起來則像顆肉丸子?？ㄎ髂崽柕目茖W(xué)家們甚至發(fā)現(xiàn)一個在環(huán)內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體，昵稱為佩吉（Peggy)，極有可能是一個正在形成或者解體的衛(wèi)星。

雖然我們已對這些衛(wèi)星的迷人之處略有所聞，但是關(guān)于土星衛(wèi)星群以及它們能教給我們哪些太陽系演變的知識，依然有很多問題懸而未決。以下是科學(xué)家正在努力解決的眾多謎團(tuán)中十大未解之謎：

畫家筆下的土星環(huán)和它幾顆知名的衛(wèi)星。圖片來源：NASA/噴氣推進(jìn)實驗室

1、土星的 衛(wèi) 星多少 歲 了？

大多數(shù)行星的衛(wèi)星形成的時間都和太陽系其它天體一樣久遠(yuǎn)，超過40億年。尤其是木土星那些較大的衛(wèi)星，表面布滿了久遠(yuǎn)歷史留下的隕石坑。但是最近一個模型則指出土星的一些衛(wèi)星可能比較年輕，它們僅有1億年甚至是更少的歷史。

科學(xué)家是依據(jù)土星衛(wèi)星的軌道高度判斷它們的年齡。行星與衛(wèi)星間的引力猶如拔河賽，經(jīng)過一段漫長的時光后，衛(wèi)星軌道會被逐漸推向遠(yuǎn)離行星的宇宙空間（比如，每年月球就以指甲生長的速度遠(yuǎn)離地球）。最近的研究指出，如果土星的衛(wèi)星像太陽系一樣老，那么靠近土星環(huán)的衛(wèi)星此時應(yīng)該被推得很遠(yuǎn)了。這個結(jié)論與土星衛(wèi)星傷痕累累的表面所表現(xiàn)出來的年齡相互沖突，但是它為人類探索土星系的歷史提供了新的思路。

卡尼西號宇宙飛船將其攝像頭轉(zhuǎn)向土衛(wèi)一美馬斯（Mimas），并監(jiān)測巨大的赫歇爾隕石坑，它本身看起來就像凝視著太空的眼睛的虹膜。圖片來源：NASA/JPL/太空科學(xué)研究所。

2、土星的 衛(wèi) 星都是同一段 時間產(chǎn) 生的 嗎 ？

我們不這么認(rèn)為。事實上，如今仍有許多小衛(wèi)星在土星環(huán)邊緣外形成。其中一些衛(wèi)星，包括最小最靠近土星的衛(wèi)星——土衛(wèi)一美馬斯（Mimas），構(gòu)成土衛(wèi)一美馬斯（Mimas）的物質(zhì)有可能和構(gòu)成土星環(huán)的物質(zhì)相同，這就使得土衛(wèi)一美馬斯（Mimas）有可能比我們之前所想的要年輕。構(gòu)成它的材料應(yīng)該包含了那些環(huán)繞土星的彗星和小行星的碎片。或者有一些早期衛(wèi)星由于碰撞或者被引力遷移而太過于接近土星，被它強(qiáng)大的引力撕成了碎片。另外一種理論說太陽系形成后十億年左右，行星位置發(fā)生了重排，導(dǎo)致行星周圍形成了大量小天體，它們隨著引力作用被拋得到處都是并不停地發(fā)生碰撞，使其成為了成為新衛(wèi)星的好材料。

這個理論同時也顯示出有些衛(wèi)星是土星“領(lǐng)養(yǎng)”的孩子。表面布滿“青春痘”的土衛(wèi)九菲比（Phoebe）可能就來自很遠(yuǎn)的地方，在某個時間點被土星引力捕獲。我們之所以這樣認(rèn)為是因為構(gòu)成土衛(wèi)九菲比（Phoebe）的原料來自太陽系遙遠(yuǎn)的邊陲，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了土星的范圍。同時，它的環(huán)繞距離也遠(yuǎn)比其它衛(wèi)星要遠(yuǎn)，而且和其它衛(wèi)星相比，它是以反方向圍繞土星運轉(zhuǎn)的——也就是我們常說的“逆行軌道”。還有一個較小的外環(huán)衛(wèi)星也處于逆行軌道上衛(wèi)星，同時它相對于土星赤道也有一定的傾斜角，種種跡象都表明它是一顆被捕獲的衛(wèi)星，而非與其它衛(wèi)星一起形成的。

這張由美國宇航局（NASA）的卡西尼號宇宙飛船拍攝的真實的彩色快照中，土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六泰坦(Titan)的彩色球體在土星及其光環(huán)前經(jīng)過。

3、 為 什么土星的大型 衛(wèi) 星比木星少？

木星，一顆比土星還要大的氣態(tài)巨行星，它擁有4顆大型衛(wèi)星（2019年木星已知衛(wèi)星有79顆）。這四顆衛(wèi)星被稱作“伽利略衛(wèi)星”，是以17世紀(jì)早期第一位發(fā)現(xiàn)它們的天文學(xué)家伽利略命名的。它們分別是木衛(wèi)一伊娥（Io）、木衛(wèi)二歐羅巴（Europa）、木衛(wèi)三蓋尼米得（Ganymede）和木衛(wèi)四卡里斯托（Callisto）。土星只有一顆體積與它們相仿的衛(wèi)星——土衛(wèi)六泰坦（Titan）。我們不知道為什么木星的大型衛(wèi)星可以保持完整的同時土星的衛(wèi)星卻被引力撕碎。有一種可能是木星衛(wèi)星的軌道高度比較高，它們被引力撕碎的風(fēng)險就比較低。

土衛(wèi)一美馬斯(Mimas)最近才剛形成環(huán)邊緣（ansa)，并且向右移動。

4、 為 什么有的 衛(wèi) 星 擁 有液 態(tài) 水海洋而其它 則 十分干旱？

這就不得不提到衛(wèi)星的年齡了。通過美國宇航局（NASA）卡西尼探測器長期的近距離探測，我們得知土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）、土衛(wèi)六泰坦（Titan)擁有液態(tài)水海洋，而土衛(wèi)四狄俄涅(Dione)可能擁有液態(tài)水海洋。但是為什么土衛(wèi)一美馬斯（Mimas)沒有？它和土星的距離比土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus)更近，更容易受到引力變化的影響，從而使其內(nèi)部產(chǎn)生足夠的熱能維持體內(nèi)液態(tài)海洋的存在。但是如果土衛(wèi)一美馬斯（Mimas)是一顆十分年輕的衛(wèi)星的話，就不難解釋它為什么這么干燥了，詳細(xì)的分析請看行星科學(xué)家馬克·內(nèi)沃（Marc Neveu）在4月1日自然周刊天文版發(fā)表的論文。

馬克的研究中指出，土衛(wèi)一美馬斯（Mimas)可能還不到10億歲，它形成于土星光環(huán)中的疏松物質(zhì)。在這個假想的情況下，當(dāng)碎片合并成為土衛(wèi)一時，它已經(jīng)于先前的幾十億年中逐漸失去了放射熱（由于巖石中特定化學(xué)元素積年累月的核衰變產(chǎn)生的熱量）。如果沒有內(nèi)部的放射熱，土星的拉力永遠(yuǎn)無法讓冰冷而結(jié)實的土衛(wèi)一表面軟化并加熱到足以化冰成水、形成液態(tài)海洋的程度?，F(xiàn)今仍有一些證據(jù)表明土衛(wèi)一美馬斯（Mimas)上可能存在海洋?？ㄎ髂崽柊l(fā)現(xiàn)，這顆小衛(wèi)星自轉(zhuǎn)時搖搖擺擺，這個謎團(tuán)的成因或許是不規(guī)則形狀的固態(tài)內(nèi)核，或許正是翻滾的海洋藏在土衛(wèi)一美馬斯（Mimas)的冰表面之下。

這引人注目的景象使我們從土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus)的間歇泉盆地區(qū)域看到面對著土星的巴格達(dá)和大馬士革斷裂的盡頭。間歇泉的來源是土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus)的地下液體海洋。

5. 這 些 衛(wèi) 星上的海洋與地球上的差不多 嗎 ？

正如地球上的海洋，土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）的海洋也是咸的。而水中的含鹽量證實了海水可能正在與衛(wèi)星的巖石核心發(fā)生著化學(xué)反應(yīng)，使得這片海洋能孕育簡單生物的可能性增加。在地球上，這種反應(yīng)為生活在海平面之下幾英里，黑暗海床之上的生物提供了能量與養(yǎng)分，使他們茁壯繁殖。土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）上也會發(fā)生同樣的事情嗎？土衛(wèi)六泰坦（Titan)也有液態(tài)海洋，但科學(xué)家們不清楚這片海洋是否在與冰層或海底的巖床發(fā)生這樣的反應(yīng)。

土衛(wèi)三特提斯（Tethys)消失在土衛(wèi)六泰坦（Titan)背后。由卡西尼探測器拍攝于2009年11月26日。

6. 這 些海洋存在了多久？

它們很大可能已經(jīng)存在了數(shù)十億年，因為衛(wèi)星形成以后，很難形成一個地下海洋。盡管已經(jīng)把巨大的撞擊作為一種可能性進(jìn)行研究，科學(xué)家們?nèi)晕茨軐τ谕列l(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）最初如何形成作出一個明確的解釋。而另一方面，土衛(wèi)六泰坦（Titan）的海洋有可能和其衛(wèi)星本身同時形成，也就是40多億年前。它或是土衛(wèi)六泰坦（Titan）深處的放射性衰變熱熔化的結(jié)果，或是被撞擊產(chǎn)生的熱熔化的結(jié)果，又或者這些因素綜合性的結(jié)果。而重力牽引產(chǎn)生的熱量并不是它形成的主要因素，因為土衛(wèi)六泰坦（Titan）離土星太遠(yuǎn)。

從遠(yuǎn)處可看見土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus)迷人的南極噴流，在陽光的照射下，衛(wèi)星本身在反射的土星光中發(fā)出柔和的光芒。

7.海洋中有生命的存在 嗎 ？

我們尚未知道土星衛(wèi)星們里的海洋是否具備維持生命所必須的組成部分，但是一些有趣的跡象表明它們可能具備。土衛(wèi)二恩克拉多斯(Enceladus)是美國宇航局（NASA）尋找地球以外的生命的首要目標(biāo)之一，因為它似乎具備三種最重要的唯一生命的成分：正確的化學(xué)成分(如碳或氫)、可用能源和液態(tài)水。

2015年當(dāng)任務(wù)接近尾聲時，NASA卡西尼號宇宙飛船飛經(jīng)土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）噴出的水柱時，探測到氫分子。這有助于加強(qiáng)土衛(wèi)二恩克拉多斯（Enceladus）的可居性，因為氫是地球上熱液噴口附近的生長旺盛的生物的重要食物來源。

相當(dāng)于地球一半大小的土衛(wèi)六泰坦（Titan），它引人入勝的不僅在于其內(nèi)部海洋，而且在于稠密的富含氮的大氣層，以及復(fù)雜的碳化學(xué)成分。無論它是否有人居住，土衛(wèi)六泰坦（Titan)都是一個生命化學(xué)的神奇的天然實驗室。

環(huán)內(nèi)衛(wèi)星土衛(wèi)三十五達(dá)佛涅斯 ( Daphnis ) 在基勒環(huán)縫 ( Keeler Gap ) 內(nèi)運行時，會在環(huán)顆粒之間產(chǎn)生“波浪”。

8. 衛(wèi) 星 們 會永伴土星 嗎 ？

土星的主要衛(wèi)星們或會永遠(yuǎn)繞著這顆行星運行，但一些更小更弱的環(huán)狀衛(wèi)星或會消失。較新的小衛(wèi)星由環(huán)內(nèi)松散物質(zhì)產(chǎn)生，更有可能發(fā)生毀滅性的碰撞，并被引力潮汐所破壞。

2006年3月13日，卡西尼號宇宙飛船上的窄角攝像頭捕獲到這張土星及其光環(huán)的照片，圖片中土星環(huán)在邊緣位置。該框架里該出現(xiàn)了土衛(wèi)一美馬斯（Minas)，小雅努斯（環(huán)上方）和土衛(wèi)三特提斯（環(huán)下方）。

9.內(nèi)部 衛(wèi) 星 為 何如此快 遠(yuǎn) 離土星？

隨著時間的推移，衛(wèi)星會慢慢遠(yuǎn)離它們的母星，這是一種自然現(xiàn)象。如今土星內(nèi)部也被其衛(wèi)星引力拖拽著，使其離衛(wèi)星更近一些。(類似于月球引力牽引著地球的海洋，創(chuàng)造潮汐。)同時土星的引力也會牽引衛(wèi)星，在這場拉鋸戰(zhàn)中，土星迫使其衛(wèi)星進(jìn)入越來越寬的軌道。像坐在旋轉(zhuǎn)木馬上的孩子被推向邊緣一樣，土星把它的衛(wèi)星推離自己。

美國宇航局（NASA）以外的一組研究人員進(jìn)行的一項分析表明：鑒于土星內(nèi)部的衛(wèi)星離行星（土星）較近，它們向外移動的速度可能比預(yù)期的要快。科學(xué)家們將卡西尼號10年來對土星衛(wèi)星軌道的測量結(jié)果與保存在攝影板上的100年前的望遠(yuǎn)鏡圖像進(jìn)行了比較分析。他們的分析表面，這些衛(wèi)星們還“很年輕”，否則，在土星形成后的46億年里，它們會飄離土星很遠(yuǎn)。這個想法十分有趣，卡西尼號的研究人員表示，觀測100年時間不可能足夠長到足以辨別這些衛(wèi)星門的軌道的變化。

那么它們會飄走嗎？從某種意義上說，是的，就像地球的衛(wèi)星月亮一樣。不過，所涉及的時間量或會長于太陽系的預(yù)期壽命（即數(shù)十億年）。

土星環(huán)也許是太陽系任一世界最被認(rèn)可的特征。它主要由水冰顆粒組成，大小不等，細(xì)如塵埃，大如山。

10.關(guān)于 衛(wèi) 星 們 ：土星 環(huán) 是什么回事？

事實上，它們正在消失，存立其中的小衛(wèi)星們也是如此。研究人員表示它們或會在1億年內(nèi)消失。在重力的作用下，土星環(huán)被拉入土星，形成一場穩(wěn)定的塵埃大小的冰粒雨。

參考 資 料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. solarsystem

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識