卡西尼眼中的土星系统

国家航空航天局土星系统通过卡西尼的眼睛 TABLE OF CONTENTS前言土星:太阳系皇冠上的宝石戒指:冰粒子、卫星和重力泰坦:月亮被遮蔽土卫二:珍珠的稀有其他月亮 ：冰冷世界的动物园后记附录一:The Mission附录二:科学仪器iii 520396286104105108 土星系统通过卡西尼的眼睛本书是由美国国家航空航天局 （ NASA ） 合作开发的 ， 其中包括 NASA 的行星科学部 （ PSD ） ， NASA 的喷气推进实验室 （ JPL ） 和月球与行星研究所 （ LPI ） ， 由大学太空研究协会为 NASA 运营。在封面上 ：嵌套环土星的北半球在这里看到它的嵌套环。卡西尼号航天器的这一视图从环平面上方约 30 度朝向环的未照亮侧。环已相对于行星变亮，以增强能见度。使用红色，绿色和蓝色光谱滤光片拍摄的图像被组合以创建这种自然色彩视图。卡西尼号在 2009 年 2 月 24 日拍摄了这些图像，距离土星约 538, 000 英里 （ 866, 000 公里 ） 。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空间科学研究所。已发布 2017有关完整的媒体使用指南 ， 请访问 https: / / www. nasa. gov / multimedia / guidelines该出版物可在 https: / / www. nasa. gov / ebooks 上免费下载ii 前文作者 ： 詹姆斯 · 格林NASA 导演行星科学部2017 年 7 月400 多年前, 伽利略在夜空上训练他的自制望远镜, 观察到土星有两个与行星密切相关的天体在两侧延伸, 当时的 1610 年, 伽利略宣布它们为卫星。几十年后，土星卫星科学以令人眼花缭乱的速度加速。克里斯蒂安 · 惠更斯 （ Christiaa Hyges ） 于 1655 年首次观测到土星最大的卫星土卫六 （ Tita ），并且是第一个将土星扩展的 “类似月亮 ” 的特征描述为围绕行星的物质盘。从 1671 年到 1674 年，乔瓦尼 · 卡西尼发现了卫星 Iapets，Rhea，Dioe 和 Tethys 。1675 年，卡西尼号发现了土星环中的间隙，我们现在将其称为 “卡西尼分部 ” 。. "在太空时代 ， 在卡西尼 - 惠更斯任务之前 ， 我们只有土星发现的迹象。几十年前 ， 先锋 11 号和旅行者 1 号和 2 号进行了飞越。但是这些快速的相遇没有时间进行更广泛的探索研究。美国国家航空航天局和欧洲航天局建立了合作伙伴关系 ， 在土卫六上环绕土星轨道器 （ 卡西尼 ） 和着陆器 （ 惠更斯 ） 。像它的名字一样 ， 卡西尼 - 惠更斯任务不仅发现了以前未知的卫星 ， 而且还帮助我们了解了它们形成背后的科学 ， 它们与环的相互作用以及它们的真正多样性。卡西尼 - 惠更斯任务彻底改变了我们对土星系统的了解。土星环 ， 卫星和行星本身为深入研究提供了无法抗拒的 ， 取之不尽的主题 ， 卡西尼 - 惠更斯也没有让人失望。土星系统被证明是科学探索和发现的丰富基础 ， 卡西尼一直是发现机器。当卡西尼号在任务结束时坠入土星时 ， 它已经观测了土星不到一半的时间。卡西尼号绕着天然气巨人绕轨道运行了 294 次 ， 行驶了 49 亿英里 ， 收集了 635 GB 的科学数据 ， 永远改变了我们对土星系统的了解 ， 并为理解整个太阳系提供了巨大的洞察力。iii 卡西尼号的观测为我们提供了行星的新观点，提供了大量的标志性图像。这项任务在我们不懈地寻找太阳系生命的过程中取得了开创性的发现 - 无论是揭示泰坦在生命进化之前正在经历与地球相似的周期，还是在土卫二上监视冰冷的羽流。此外，卡西尼号的 13 年任务使人们有可能观察土星动态环系统的变化，并观察可能是我们太阳系中最活跃，最混乱的环之一 - 土星的 F 环。航天器在环中发现了螺旋桨状的编队，见证了新月的可能诞生。自 2004 年到达以来 ， 卡西尼 - 惠更斯的数据和图像震惊了我们以前从未获得过如此详细和清晰的信息。这本书是行星大小的冰山一角。在过去的 13 年中，卡西尼号在土星系统中拍摄了大约 45 万张壮观的图像。当每个快照，每个图像都讲述一个新的故事时，我们如何将这个数字缩小到只有几个 ？ 这些图片的绝对美只能被它们所代表的科学和发现所超越。卡西尼号告诉我们，土星与一个拥有精致环的宁静孤独行星相去甚远。现在，我们了解更多关于土星的混乱，活跃和强大的环，以及下面肆虐的风暴。一些土卫六和土卫二的图像暗示了生命的可能性从未被怀疑过。我们怎么能。这本书中的每一幅图像都代表了更多的图像 ， 反映了惊人的美丽和卡西尼 - 惠更斯开创的新科学。这些图像大多数来自成像科学子系统团队的辛勤工作 ， 该团队提供了特殊的处理。我要亲自感谢他们和所有其他卡西尼团队成员所做的出色工作。因此 ， 祝贺卡西尼号 ， 为我们开辟了道路。这本书是我预测将是有史以来最伟大的故事的第一章 ： 人类如何到达星星并发现地球以外的生命。我很荣幸能参与其中。忘记那些令人兴奋的第一次看到我们从来不知道存在的卫星吗 ？卡西尼号在 20 年间积累的一些令人印象深刻的数字的快照-年任务。iv 1土星:太阳系统的皇冠珠宝 自从人类开始用望远镜研究宇宙以来的 400 年中 ， 土星已经从天空中的一个模糊而模糊的斑点转变为聚焦的巨大行星。然而 ， 似乎我们看到土星越清晰 ， 我们发现的谜团就越多。土星是地球体积的 763 倍，主要是氢和氦气氛，就像一个狂野的，搅拌的大锅。“土星上的大多数天气都是不稳定的，” 卡西尼成像团队成员，加州理工学院的大气物理学家安德鲁 · 英格索尔说。“一年过去了，根本没有雷暴，但每 20 到 30 年，你就会有一场巨大的风暴，每十分之一秒就有闪电闪烁。卡西尼号在 2010 年目睹了一场巨大的风暴爆发，在地球周围发送了大气干扰，直到风暴开始进入自己的尾流，似乎在它消失之前吃掉了自己的尾巴。不过，并非土星的所有特征都来来去去。英格索尔说 ： “有些功能令人惊讶地长寿。 ”卡西尼号观测到了 1981 年由旅行者号发现的土星北极六边形，它足够大，可以容纳两个地球。每根杆子都有一个飓风般的 “眼睛 ”，已经存在了十年或更长时间。这些是土星独有的特殊属性，它们向我们展示了天气的极端程度。. "此外 ， 科学家们还无法精确地知道土星在其轴线上完成一次旋转需要多长时间 （ 即土星一天的长度 ） ， 也无法精确地知道为什么行星的磁极与旋转轴对齐 - 这是唯一已知具有这种对齐的行星。土星核心的大小和行星的内部结构实际上也是未知的。卡西尼号在土星轨道上的 13 年是第一次有机会近距离研究这颗动荡的行星多年 ， 航天器揭示了对土星难题的新见解。尽管土星年持续了将近 30 个地球年 ， 但卡西尼号至少在三个土星季节的一部分中运行 ， 在此期间 ， 行星发生了变化 ， 我们对这个巨大世界的了解也发生了变化。由于卡西尼号对土星进行了多年的深入研究 ， 我们现在拥有有关这颗超现实行星及其伴随的环和卫星的无数图像和其他数据。这些图像只是土星的集体肖像或快照 ， 但这个不断变化的世界总是会提供更多的东西。章节标题图像:Ringworld 等待土星的宁静之美邀请卡西尼号航天器在航天器接近地球期间拍摄的自然色视图中进行仔细观察。在进近序列中的这一点上，土星足够大，需要两个窄角度相机图像来捕获行星的端到端视图，其精致的环和几个冰冷的卫星。合成完全由这两个图像制成。在此马赛克中可见的卫星 ： 土星左侧的 Epimethes （ 72 英里，宽 116 公里 ），Padora （ 52 英里，宽 84 公里 ） 和 Mimas （ 247 英里，宽 398 公里 ） ； 普罗米修斯 （ 63 英里，宽 102 公里 ），贾努斯 （ 113 英里，181 公里。横跨 ） ， 以及土星右侧的土卫二 （ 310 英里 ， 499 公里 ） 。图片来源 ： NASA / JPL - 加州理工学院 / 空间科学研究所6 波浪和剪切土星云层的这种非常详细的视图揭示了明亮的赤道带北部边界的波浪，这可能与那里的强风切变以及与北部带的边界之间的密度差异有关。在南方，两个黑暗的椭圆形拥抱，而黑暗的环阴影覆盖着北方。月球 Jas （ 113 英里，宽 181 公里 ） 仅在中心右侧的环下方占据两个像素。卡西尼号在 2006 年 3 月 16 日拍摄了这张照片，距离土星约 130 万英里 （ 200 万公里 ） 。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空间科学研究所。7 嵌套戒指土星的北半球在这里可以看到它的嵌套环。卡西尼号航天器的这张照片从环平面上方约 30 度朝向环的未照亮侧。环已经相对于行星变亮以增强可见度。使用红色 ， 绿色和蓝色光谱滤光片拍摄的图像被组合以创建这种自然色彩视图。卡西尼号于 2009 年 2 月 24 日在距土星约 538, 000 英里 （ 866, 000 公里 ） 处捕获了这些图像。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空间科学研究所8 阳光条纹土星在由太阳绘制的令人眼花缭乱的戏剧性肖像中，土星环的细长阴影席卷了地球的北纬度。在阴影中，亮带代表环形材料密度较低的区域，而暗带和波形图案则显示出密度较高的材料区域。阴影在右上方附近急剧变暗，对应于具有较密集 B 环的薄 C 环的边界。土星卫星 Mimas 的地球 （ 横跨 247 英里，即 398 公里 ） 已经在框架底部附近徘徊。在小月球上可以看到几个大陨石坑。卡西尼号在 2005 年 1 月 18 日拍摄了这张照片，距离土星约 889, 000 英里 （ 140 万公里 ） 。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空间科学研究所。9 肢体扫描这个奇怪的场景显示了土星在行星 B 环前的云纹肢体。土星高层大气中的扩散气体使戒指的图像在肢体附近扭曲。该视图从环平面下方约 31 度朝向环的阳光照射侧。土星上的北边上升了。卡西尼号于 2008 年 6 月 24 日在距土星约 408, 000 英里 （ 657, 000 公里 ） 处使用对以 750 纳米为中心的红外光波长敏感的光谱过滤器捕获了该图像。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空间科学研究所10 春天的仪式自太阳系诞生以来，土星已经经历了无数的春分，但这是卡西尼号在附近首次见证。在 2009 年 8 月 12 日土星春分之后的一天半，卡西尼号从环形平面上方 20 度连续拍摄了 75 次曝光，显示了土星，它的环和它的一些卫星，当时太阳的圆盘正好在地球赤道的头顶上。这些场景只有在土星春分之前和之后的几个月才有可能，大约每 15 个地球年才会发生一次。卡西尼号在距土星约 526, 000 英里 （ 847, 000 公里 ） 处捕获了这些图像。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空间科学研究所。11 在广泛的阴影之前土星的月亮特提斯在环向地球投下的宽阔阴影前运行。特提斯 （ 660 英里，或 1, 062 公里 ） 出现在图像中心附近的环下方。此视图从环形平面上方不到一度的角度朝向环形的北部，阳光充足的一侧。卡西尼号于 2011 年 12 月 7 日在距特提斯约 110 万英里 （ 180 万公里 ） 处使用对中心为 752 纳米的近红外光波长敏感的光谱滤光片捕获了该图像。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空间科学研究所。12 六角形和戒指一旦春天来到北半球，土星的北极六角形就会沐浴在阳光下。许多较小的风暴点缀着北极地区和土星的标志性环，它们似乎因为土星的阴影而消失了。卡西尼号在 2012 年 11 月 27 日使用对中心为 750 纳米的近红外光波长敏感的光谱滤光片拍摄了这张图像。该视图是在距土星约 403, 000 英里 （ 649, 000 公里 ） 的距离处获得的。图片来源 ： NASA / JPL - Caltech / 空