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飞向泰坦

(2008年09月21日 11:11:12)

□作者: 刘声远/编译

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  土星环中有没有卫星?答案是“有”。尽管土星已知的40多颗卫星中大多数都在主环以外环绕土星运行,但“旅行者”飞船却发现有一颗小小的卫星在A环中环绕土星。天体物理学家曾经预测过这样一颗卫星的存在,并怀疑它对于制造A环中宽达320千米的恩克缝起着主要作用。“卡西尼”飞船的探测结果证实,有一颗更小的卫星包含在A环的基勒缝中。土卫的引力场将环缝中的粒子扫得一干二净;假如这些袖珍卫星(其中有一颗叫做“潘”,其直径仅为26千米)不存在的话,这些环缝也就不可能存在。
  土星环有没有大气层?“卡西尼”发现土星环居然也有大气层,而且几乎都由分子氧构成。不过,土星环的大气层太稀薄,严格地讲算不上真正的大气层。但是,考虑到土星环的总质量很小,引力微弱,那么,土星环能拥有这样的“大气层”已经很惊人了。人们常将分子氧与生物过程联系起来,但土星环中的分子氧是紫外光撕裂水分子产生的,即便一些氧气逃离了土星环的引力束缚,新鲜的氧也在源源不断地补充着土星环的稀薄大气。
  “卡西尼”是怎么通过土星环的?“卡西尼”飞往土星的7年旅程中,最让科学家伤脑筋的就是它穿越合适的平面从而进入轨道的90分钟。土星环粒子的运动速度比高速子弹还快,为了让“卡西尼”能活下来,地面控制中心人员为它选择了一条宽达24000千米,位于F环和G环之间的环缝。他们还让“卡西尼”的高增益天线处在合适的位置,充当它的盾牌。即便如此,“卡西尼”仍然遭到细小冰粒的多次撞击,幸运的是,它最终挺过了这一关。
  
  扣人心弦的登陆
  
  在距离泰坦表面仅240多千米的太空中,“惠更斯”撞进了泰坦大气层。见证“惠更斯”登陆泰坦的历史性时刻终于到来!
  
  2004年12月25日,西方人的圣诞日。地面控制人员将“卡西尼”导入环绕土星的安全轨道,然后发出要“卡西尼”释放“惠更斯”登陆器的指令。接着,“惠更斯”被推离了母船“卡西尼”。
  早在1980年,“旅行者”就证实:泰坦是太阳系中仅有的4个本身呈固态、拥有明显的大气层的天体之一。但是,跟天文学家们见过的其他任何卫星都不同,泰坦有着比地球浓密10倍的大气层——它的表面被一层厚厚的橘红色雾霭所包裹,科学家们无法透过这层不透明的“面纱”窥见其“庐山真面目”。
  科学家们急切地想知道在这橘红色的“面纱”下面究竟隐藏着泰坦怎样的“尊容”。这并不难理解:人类一直孜孜以求地寻找除地球外的另一个有生命的天体,而泰坦就是一个可能的目标。从“旅行者”的探测结果,科学家们知道,泰坦的大气层中包含着氮和甲烷,甲烷是由碳和氢构成的,而它们正是制造生命的基本成分。
  科学家们还知道,还有一种成分——液态水在导致化合物跃变为生命的进程中起到至关重要的作用。有了水,就可以制造氨基酸,氨基酸正是制造生命的基本“砖石”。那么,泰坦上有水吗?泰坦的表面温度低至零下183摄氏度,它有可能存在液态水吗?随着“惠更斯”开始向泰坦表面降落,科学家们终于可以知道泰坦表面究竟有没有液态水了。
  2005年1月14日,在距离泰坦表面仅240多千米的太空中,“惠更斯”撞进了泰坦大气层。见证“惠更斯”登陆泰坦的历史性时刻终于到来!在位于德国的欧空局地面控制中心里,科学家们既兴奋又紧张,但他们不得不耐心等待,因为控制中心接收任何由“卡西尼”发回的数据都需要长时间的等待,毕竟“惠更斯”需要把数据传给“卡西尼”,“卡西尼”存储这些数据,然后花几个小时的时间传回地球。也就是说,有好几个小时的迟延。
  
  在地面控制中心,气氛紧张得要命。“卡西尼”和“惠更斯”都已经开始自动工作了。“惠更斯”的防热盾能否正常工作、特制降落伞能否适时打开……哪怕一个小小的失误,整个任务就可能被终结。
  终于,科学家们得到了一个惊喜——信号来了!可是,他们很快发现,这信号不是来自母船“卡西尼”,而是直接来自“惠更斯”。按照计划,一切数据(信号)都必须由“卡西尼”中转。这是怎么一回事?尽管这样,科学家们还是非常高兴,因为它明白无误地指示——“惠更斯”还活着。
  此刻,在美国西弗吉尼亚州的格伦·班克,直径100多米的罗伯特·C·比尔德射电望远镜正直接对着泰坦,倾听它发出的哪怕最微弱的信号。那里的科学家实际上是在“偷听”“惠更斯”和“卡西尼”之间的对话,不过,它们之间对话的“声音”(信号)实在太弱,仅相当于一部手机的声音,而且这部手机还在距离地球10亿千米的泰坦上。试想:探察这样的信号该有多难?
  收到来自“惠更斯”的无线电信号,表明一切都在按计划进行,但这信号太微弱,无法中转任何科学数据。地面控制中心的科学家必须等待来自“卡西尼”的声音。
  按照计划,“卡西尼”的信号应该在欧洲中部时间当天15时24分到达。可是,当时针指向15时24分时,信号却并未如期而至。科学家们再度绷紧了神经:为什么收不到“卡西尼”的信号?是不是母船“卡西尼”没能收到“惠更斯”发出的信号?
  时间一分一秒地过去,地面控制中心的安静让人越发感到不安。科学家们面面相觑,都有些不知所措了。4分钟过去了,5分钟过去了,还是没有任何信号。有科学家开始摇头叹息,现场的观众和记者更是灰心丧气。
  
  可是,就在人们认为不会再有信号传来时,也就是15时30分刚过一点点,原先一片空白的屏幕上突然出现了一整条绿柱——信号出现了!“卡西尼”终于开始源源不断地向地球发回“惠更斯”的探测数据。尽管“惠更斯”早在几小时之前就已经登陆泰坦,但科学家们直到现在才开始“降落”至这颗疑云笼罩的神秘土卫。
  
  神秘诱人的泰坦
  
  在“旅行者”拍下泰坦的“朦胧”照片近25年之后,“惠更斯”的近距离和实地图像终于初步揭开了泰坦的真实面目。
  
  “卡西尼”发回的首批图像模糊不清。科学家们感到担忧:要是橘红色大气层浓密得一直延伸到泰坦的表面,那么“惠更斯”将无法获取关键的图像数据。幸好,到距离泰坦表面仅30千米的空中后,图像变得清晰了,科学家们得以首次观察美丽的泰坦表面情景。
  从图像观察,泰坦表面具有不少跟地球很相似的地貌,比如河岸、湖底和峡谷。当然,最让人印象深刻的是“惠更斯”登陆泰坦的地点。“惠更斯”携带的透度计揭示了登陆地点的地面情况——它登陆在一堆冰粒中,这些冰粒就像地球上的河岸或已干涸湖底的沙粒。
  “惠更斯”刚刚落脚泰坦表面时,它与泰坦大气层摩擦生热的余温仍炽,登陆点的冰面被融化。“惠更斯”携带的探测仪器立即嗅出甲烷气味,而且甲烷量上升很快,就好像在登陆点的冰面之下有一大汪液态甲烷。
  至此,在“旅行者”拍下泰坦的“朦胧”照片近25年之后,“惠更斯”的近距离和实地图像终于初步揭开了泰坦的真面目,也证实了科学家们此前的怀疑:不仅在泰坦大气层中有甲烷,在泰坦表面也有这种有机化合物。
  “惠更斯”拍摄的图像显示,在橘红色的天空下面,“惠更斯”的登陆地点就像是已经干涸的河床,那里还有由冰组成的卵石。令人惊喜的是,“惠更斯”拍摄的多幅图像显示,泰坦表面有多条河流,还有大小群山。泰坦表面总体来说是由潮湿的“沙石”构成,这些“沙石”其实是冰卵石和液态甲烷的混合物。
  “惠更斯”是迄今为止地球人建造的太阳系中最远的前哨站。登陆泰坦之后,它持续传送数据和图像达3个小时,然后就死去了。不过,母船“卡西尼”至今健在。在环绕土星的轨道上,每当经过泰坦时,“卡西尼”都会朝下瞧一瞧这颗神秘的土卫,以便进一步揭示它的真实面貌。
  



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文章作者:刘声远/编译
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