土卫二
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土卫二又称为“恩克拉多斯”(Enceladus),是土星的第六大卫星[12],于1789年为威廉·赫歇尔所发现。[13]在旅行者号于1980年代探测土星之前,人们只知道土卫二是一个被冰覆盖的卫星。旅行者号显示土卫二直径约为500公里(相当于土星最大的卫星土卫六直径的十分之一),而且其表面几乎能反射百分之百的阳光。旅行者1号发现土卫二的轨道位于土星E环最稠密的部分,表明两者之间可能存在某种联系;而旅行者2号则发现:尽管该卫星体积不大,但是在其表面既存在古老的撞击坑构造,又存在较为年轻的、地质活动所造成的扭曲地形构造——其中一些地区的地质年代甚至只有1亿年。
卡西尼号所拍摄到的土卫二,影像接近真实色彩。 | |||||||||
发现 | |||||||||
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发现者 | 威廉·赫歇尔 | ||||||||
发现日期 | 1789年8月28日[1] | ||||||||
编号 | |||||||||
其它名称 | 恩克拉多斯 | ||||||||
轨道参数 | |||||||||
半长轴 | 23万7948公里 | ||||||||
离心率 | 0.0047[2] | ||||||||
轨道周期 | 1.370218地球日或118386.82秒[3] | ||||||||
轨道倾角 | 0.019°(相对于土星赤道) | ||||||||
隶属天体 | 土星 | ||||||||
物理特征 | |||||||||
大小 | 513.2×502.8×496.6公里[4] | ||||||||
平均半径 | 252.1 ± 0.1公里(0.0395倍地球半径)[5] | ||||||||
质量 | (1.08022 ± 0.00101)×1020千克[5](1.8×10-5M⊕) | ||||||||
平均密度 | 1.6096 ± 0.0024克/立方厘米[5] | ||||||||
表面重力 | 0.111 m/s2(0.0113倍地球表面重力) | ||||||||
0.239公里/秒(860.4公里/小时) | |||||||||
自转周期 | 同转卫星 | ||||||||
转轴倾角 | 0 | ||||||||
反照率 | 1.375 ± 0.008(几何反照率)[6] | ||||||||
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视星等 | 11.7 [8] | ||||||||
大气特征 | |||||||||
表面气压 | 极小,但变化很大。 [10][11] | ||||||||
成分 | 91% 水汽 4% 氮 3.2% 二氧化碳 1.7% 甲烷[9] | ||||||||
二十世纪末发射并于二十一世纪初抵达土星附近的卡西尼号太空船则提供了大量的数据,解开了旅行者探访之后留下的诸多疑团。在2005年,卡西尼飞船数次近距离掠过土卫二,获得了该卫星表面及其环境的大量数据,特别是发现了从该卫星南极地区喷射出的富含水分的羽状物。该发现,以及可探测到的逃逸内能的存在、南极地区极少存在撞击坑的情况,共同证明了土卫二至今仍然存在地质活动。在巨行星的卫星系统中,许多卫星都会成为轨道共振的牺牲品,这会导致星体震动和轨道的扰动,而对于更加靠近行星的卫星,潮汐效应则会加热行星的内部,这或许可以解释土卫二的地质活动。
2014年,美国国家航空航天局宣布,卡西尼号发现了土卫二南极地底存在液态水海洋的证据,海洋厚度约为10公里。[14][15][16]南极附近的冰火山向太空喷出大量水汽和其他挥发物,夹杂类似氯化钠晶体、水冰等固态粒子,喷射量约为每秒200公斤。[17][18][19]喷出的水当中有一部分以“雪”的形态落回土卫二表面,亦有一部分融入土星环中,还有一部分甚至能够到达土星。这些羽状喷射物也为土星E环的物质来源于土卫二的观点提供了重要的证据。2015年9月16日,美国国家航空航天局确认,根据卡西尼号的探测数据,其表面冰层下面拥有全球性海洋,而且海洋的底部有水热活动,即存在海底热泉。[20]
由于接近地表处有水的存在,所以土卫二是寻找地外生物的最佳地点之一。分析指出,土卫二的喷射现象源自地表下的液态水海洋。喷射物的化学成分以及引力场模型表明地下液态水源体是与岩石接触的[15],所以可能是天体生物学中极为重要的研究对象。2022年加州大学戴维斯分校的科学家团队说明模型认为土卫二绕土星公转轨道的变化会造成1亿年间土卫二变暖和变冷循环,每个周期冰壳都会经历一段变薄和变厚时期。研究人员认为冰体积比水大,土卫二向下膨胀的冰壳使海洋压力增加,也会对冰层产生压力形成虎纹裂缝,由此做出到达地表的通道,当流体到达地表遇上真空环境而升华时就会呈现羽状喷泉。[21]