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土卫六

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土卫六
Titan in natural color Cassini.jpg
土卫六
发现
发现者 克里斯蒂安·惠更斯
发现日期 1655年3月25日
编号
发音 收听i英语发音:/ˈttən/
其他名称 Saturn VI
Adjective 土卫六
轨道参数[1]
近心点 1,186,680 km
远心点 1,257,060 km
半长轴 1,221,870 km
离心率 0.0288
轨道周期 15.945 days
轨道倾角 0.34854 °
隶属行星 Saturn
物理特征
平均半径 2,576±2 km (0.404倍地球半径)[2]
表面积 8.3×107 km2
体积 7.16×1010 km3(0.066倍地球体积)
质量 1.3452±0.0002×1023 kg (0.0225倍地球质量)[2]
平均密度 1.8798±0.0044 g/cm3[2]
表面重力 1.352 m/s20.14 g
逃逸速度 2.639 km/s
自转周期 Synchronous
转轴倾角 Zero
反照率 0.22[3]
温度 93.7 K (−179.5 °C)[4]
视星等 8.2[5]至9.0
大气
表面气压 146.7 kPa
成分 Variable[6][7]
平流层
98.4% 氮气(N2),
1.4% 甲烷(CH4);
Lower 对流层
95% N2, 4.9% CH4

土卫六Titan,又稱為泰坦)是环绕土星运行的一颗卫星,是土星卫星中最大的一个,也是太陽系第二大的衛星。荷兰物理学家天文学家数学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日发现它,也是在太阳系内继木星伽利略卫星後发现的第一颗卫星。由於它是太陽系唯一一個擁有濃厚大氣層的衞星,因此被高度懷疑有生命體的存在,科學家也推測大氣中的甲烷可能是生命體的基礎。土衛六可以被視為一個時光機器,有助我們了解地球最初期的情況,揭開地球生物如何誕生之謎。

名称[编辑]

惠更斯简单的把这颗他发现的卫星称为「Saturni Luna」(土星的月球)。之後,乔凡尼·多美尼科·卡西尼为了表达对法國国王路易十四的敬意将发现的四颗卫星:土卫三忒堤斯),土卫四狄俄涅),土卫五瑞亚),以及土卫八伊阿珀托斯)命名为「路易之星」(Sidera Lodoicea)。天文学家依据习惯把这五颗卫星以数字加以编号,其他的卫星则被称为「惠更斯卫星」或「土星的第六颗卫星」(以当时所知道、各衛星距离土星的距離,由近至遠排列)。至於土卫一弥玛斯)和土卫二恩克拉多斯)則是在1789年被发现。

土卫六的英文名称「泰坦」和其他另外七颗当时已知的土星卫星的名称,都是由約翰·赫歇爾爵士命名的(约翰·赫歇爾是威廉·赫歇爾爵士之子,而威廉·赫歇爾是土卫一土卫二的發現者)。约翰·赫歇爾在1847年出版的《在好望角天文观测的结果[8]一书中把这颗新卫星命名为「提坦」,提坦在神话中是克罗诺斯(他的罗马神话的对应者萨图尔努斯土星神)和他的兄弟姐妹们的统称。

物理特性[编辑]

土卫六是土星最大的卫星,也是太阳系第二大卫星,其体积甚至比行星水星還大(虽然质量没有水星大),在太阳系中它的大小仅次于木星最大的卫星木卫三。但最近的观测也显示其浓密的大气可能使人高估了它的直径。

土卫六平均半径2575公里,质量1.345×1023千克,平均密度1.880×103千克/米3。土卫六环绕土星公转的轨道半长径为1,221,850公里,偏心率0.0292,轨道平面与土星赤道面的交角为0.33°,公转周期15天22时41分24秒。土卫六被土星潮汐鎖定,其自转周期与公转周期相同。土卫六有浓密的大气,主要成分是,表面大气压力1.5×105帕斯卡,表面温度-178℃。

土卫六质量与木卫三木卫四海卫一冥王星大体类似。土卫六一半是一半是固体材料。在多个不同结晶状冰层下方有直徑約3,400公里的固体核心,其内部应该因重力之故仍保持著炽热狀態。虽然土卫五以及其他的土星卫星也有类似的固體核心,但由於土衛六的体积巨大造成更強烈的重力压缩,而使得其核心密度較其他衛星高出許多。

大氣層[编辑]

泰坦大氣層中霧層的真實色彩。

泰坦是唯一已知有著比可追蹤的大氣層更多氣體的衛星,而且是太陽系中除了地球之外,唯一擁有濃厚氮氣的天體。卡西尼號在2004年觀測它的大氣層,認為泰坦是一個超級轉子,像金星一樣,大氣層的旋轉速度遠遠超過表面的自轉速度[9]。來自航海家太空船的觀測顯示泰坦的大氣層比地球還要濃厚,表面的大氣壓力是地球的1.45倍。泰坦的大氣層總質量是地球的1.19倍[10],或是表面上的單位面積承受的質量大約是地球的7.3倍。不透明的霾層阻擋了大量來自太陽和其它來源的可見光,使得土衛六的表面呈現晦澀的特徵[11]。土衛六的低重力意味著它的大氣層會比地球的更為擴張[12]。土衛六的大氣層在許多的波長上都是不透明的,所以從軌道上不能獲得來自表面的完整反射光譜[13],直到2004年的卡西尼-惠更斯號任務,才首度獲得土衛六表面的直接觀察影像[14]

在平流層的大氣組成是98.4%的氮,其餘的成分大多是甲烷(1.4%)和氫(0.1-0.2%)組成[7]。其它微量、可追蹤的氣體屬於烴類,例如乙烷、聯乙炔甲基乙炔乙炔丙烷,還有其它的氣體,像是氰基乙炔氰化氫二氧化碳一氧化碳[6]。在土衛六上層大氣的碳氫化合物(烴)被認為是太陽的紫外線導致甲烷裂解產生濃厚的橙色碳氫化合物菸物的情況[15]。土衛六有95%的時間都在土星的磁層內,有助於土衛六防範太陽風的侵襲[16]

氣候[编辑]

土衛六在南極有永久的颶風。

土衛六表面的溫度大約是94K(−179°C,或−290°F)。在這個溫度下水冰的蒸氣壓力極低,所以大氣中幾乎沒有水氣。土衛六大氣層中的陰霾全是衛星將陽光反射回太空的反溫室效應貢獻的,使它的表面與上層相較顯得異常的寒冷[17]。這顆衛星接收到的陽光僅有地球的1%[18]。土衛六的雲層可能由甲烷、乙烷,或許還有其它簡單的有機物,是分散和會變化的,造成整體的陰霾[19]。大氣層的甲烷造成和創造土衛六表面的溫室效應,若不是這樣土衛六的表面將更寒冷[20]。惠更斯探測船的調查結果表名土衛六的大氣層會定期下雨,將液態的甲烷和其它有機化合物滴落在衛星的表面上[21]

雲層通常會覆蓋土衛六盤面的1%,但是也觀察到突發的事件使雲層迅速的覆蓋廣達8%。一種假說認為當土衛六的夏季來臨時,陽光的增加會使南極的雲層因為對流而加劇的生成。這種解釋很難說明不只在仲春,還有在夏至之後還出現複雜雲層的事實。甲烷在南極增加的濕度可能有助於雲層大小迅速的增加[22]。土衛六南半球的夏天一直持續到2010年,直到在軌道上的土星,它掌握著衛星的運動,將北半球朝向著太陽[23]。當季節轉換時,預期甲烷將開始在南極上空凝結[24]

表面特徵[编辑]

2011年4月的土衛六表面地圖。
在這張卡西尼號拍攝的土衛六照片中,中部偏右的那個亮區被稱為"上都"(Xanadu,世外桃源15°S 100°W / 15°S 100°W / -15; -100 (Xanadu)),人們對那兒到底是什麼仍然一無所知
土衛六的偽彩色照片,展現了土衛六表面細節和大氣狀況。卡西尼號太空探測器攝於2004年11月26日
ESA惠更斯號探測器登陸土衛六後拍攝的第一張照片

人類至2004年對土衛六表面的瞭解仍然非常缺乏。人類使用哈勃天文望遠鏡紅外線卡西尼-惠更斯號拍攝到一個高亮度,有澳洲大小區域的圖片。這個區域的非正式名稱是上都區(Xanadu Regio,世外桃源,15°S 100°W / 15°S 100°W / -15; -100 (Xanadu));沒有人知道那裏是什麼樣。類似的哈勃太空望遠鏡、凱克望遠鏡甚大望遠鏡還觀測到土衛六上另外一片大小相近的深色區域,人們推測那裏可能是液態的甲烷乙烷海洋,但卡西尼號觀測的數據發現可能是其他物質。卡西尼號還發回大量土衛六高分辨率地貌圖像,其中包括謎一般的線狀條紋,一些科學家認為那可能是地殼構造運動產生的。

2004年11月26日的一次飛越土衛六的觀測,發現土衛六光滑的表面上只有很少的衝擊環形山,這些環形山在光線的作用下明暗對比強烈。這大概是土衛六或烴落入環形山或火山噴發活動活躍造成的經常地殼重構所致。探測器的分光器發現亮區和暗區發射的太陽光波長一樣,這就意味著它們可能由相同的物質組成(或者至少是覆蓋著相同的物質)。至於到底是什麼物質,人們依然不清楚。人們曾希望憑藉探測器觀測物體或液體反射光線而發現的烴湖或烴海並未被探測到。這使得科學家懷疑土衛六表面可能是完全呈冰狀或泥濘狀態。

為了更好的瞭解表面地貌,卡西尼太空船在飛近土衛六時使用了雷達遙感測繪技術。傳回的第一張圖片就展現地表是一個複雜,崎嶇與平坦並存的區域。這種地貌看來應該是由火山造成的。火山可能噴發出水和氨水。另外也發現了一些好像風蝕產生的條紋狀地貌。還有一些看起來是已經被填平的衝擊環形山,其中的液體可能是液態烴。湖中有或沒有什麼現在仍然無法確定。另有一些區域返回的信號看來,但其他的解釋仍然存在。土衛六看起來真的很光滑,表面沒有高於50米的地貌。[25]

对土卫六的探索[编辑]

旅行者1號旅行者2号曾经检视过土卫六。航海家1号曾试图尽可能的接近土卫六;不幸的是,航海家1号上没有仪器能够穿透土卫六上的迷雾,因为当时根本不知道上面有云层的存在。多年之後,在對航海家1号桔色滤镜拍攝的图片进行复杂的数字處理後,仍然没有能够解释如世外桃源地区和香格里拉10°S 165°W / 10°S 165°W / -10; -165 (Shangri-la))地区明亮和黑暗地貌的成因[26],但从那时起,这些地区就开始被哈勃天文望远镜用红外线加以观测了。航海家2号只是粗略的检视过土卫六,航海家2号团队必须从「调整轨道让航海家2号详细检视土卫六」和「使用另外一个访问天王星海王星的轨道」中选取一个。由于航海家1号没有能够观测到其表面地貌,航海家2号团队选择了後一个方案。

卡西尼—惠更斯号已在2004年7月1日到达土星,并且开始使用雷达测量土卫六表面地形的工作;卡西尼探测器在2004年11月26日飞跃到土卫六上方并且拍摂下很多高分辨率的土卫六表面图像,展现了人眼从来没有见过的明暗斑块。卡西尼号在2004年12月25日释放出了惠更斯号,惠更斯号在2005年1月14日进入土卫六大氣层进行详细探测。惠更斯号探测器可在土卫六的大气中烧毁前将相关数据发回,惠更斯号探测器在2005年1月14日登陆土卫六。

可能的生命[编辑]

据部分科学家推测,土卫六上存在生命的可能性极大。关于可能的生命先有两个推测。第一个推测是,由于土卫六的构造及大气成分与早期地球有相似之处,土卫六上可能的生命与地球早期的生命形态有相似[27][28][29]。另一个推测认为,土卫六上存在的生命形式与地球不同。地球生命以为基础组成,而那里的生命以液态甲烷为基础,呼吸氢气,消耗乙炔[30][31][32]

科幻作品中的土衛六[编辑]

  • 中文作家倪匡的科幻小說衛斯理系列藍血人》新版,其主角來自土衛六(原著為來自土星)。
  • 亞瑟·查理斯·克拉克所著的《Imperial Earth》小說中,土衛六成了擁有250000人口的人類殖民地並且在太陽系經濟中扮演主要角色;土衛六大氣中的成為了行星間旅行的動力來源。
  • Stephen Baxter所著的《土衛六》小說中,描寫了一項NASA對災難性登陸土衛六的任務倖存者的拯救。
  • 库尔特·冯内古特的小說《泰坦星的海妖》有對土衛六驚險旅行的描寫。
  • BBC的電視秀《红矮星号》中,主人公李斯特非法的從土衛六帶回一隻,經過幾百萬年的硬輻射,這種比起祖先漂亮但不是很聰明的物種被稱為Felis sapiens。
  • 電視劇《Starhunter》中土衛六變成主人公Dante的老家,那裏是一個大型的殖民地。
  • 在《公元2000》漫畫系列Judge Dredd,泰坦星是一個流放犯人的殖民地,但作者在文中犯了一個致命的錯誤,它被描寫成圍繞木星軌道旋轉。這稍後被歸因於一個遠距傳物科學實驗。
  • 惊奇漫画宇宙,泰坦星是Eternals的殖民之家,他們是一個似神的種族。
  • 在電影《Gattaca》(1997年)中,泰坦星是電影高潮時刻太空任務的目的地。
  • 在1998年日本動畫Cowboy Bebop》中,泰坦是一個人口約3000萬的殖民地。原居民與其他行星的移民的對立導致了戰爭的爆發。
  • 在一款Apple II是遊戲泰坦帝國(Titan Empire)中,泰坦星上的人類試圖統治整個太陽系。
  • 在Trevor Mark所著的小說《Shattered Faith》中,泰坦星是被古代偏見所憤恨的巨大地外文明的中心,他們來到地球是為了復仇。
  • 美國科幻小說作家Alan E. Nourse在1954年12月發表的英語小說,《Trouble on Titan》,在1971年被以Revolte sur Titan為標題翻譯為法文。
  • 桌面科幻遊戲戰爭之錘40000Grey Knights太空陆战队這一章中繼續保留著他們在土衛六上是堡壘。
  • Commodore 64電腦遊戲Project Firestart故事被設定發生在一個科學探測空間船上,這艘船漂浮在土星系的土衛六附近。
  • 《Flight on Titan》是一個由Stanley G. Weinbaum所著的短篇故事
  • 2013年電影《遺落戰境》,由湯姆·克魯斯所飾演的主角傑克·哈伯原本的任務就是駕駛太空船探索號到訪土衛六。

參考資料[编辑]

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  30. ^ http://news.163.com/10/0606/09/68G3VB6P000125LI.html 美宇航局报告称发现土卫六有生命存在迹象
  31. ^ http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/6/233022.shtm 科学家称土卫六可能有生命跟地球生物不同
  32. ^ http://it.sohu.com/20100607/n272610392.shtml 土卫六或存在生命新迹象:某未知生物消耗其大气

参见[编辑]

相关链接[编辑]

外部链接[编辑]

http://www.khanacademy.org/cs/fancy-diving-game-in-titan-space/1348852693