土卫六 - Wikiwand
For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for 土卫六.

土卫六

维基百科,自由的百科全书

土卫六
卡西尼-惠更斯号拍摄到真实色彩的土卫六
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 聆听i/ˈttən/
其它名称 Saturn VI
形容词 土卫六
轨道参数[1]
近心点 1186680 km
远心点 1257060 km
半长轴 1221870 km
离心率 0.0288
轨道周期 15.945 d
轨道倾角 0.34854°
隶属天体 土星
物理特征
平均半径 2576±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
2.639 km/s
自转周期 15.945 d 潮汐锁定
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
大气特征
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

土卫六又称为“泰坦”(Titan),是环绕土星运行的一颗卫星,是土星卫星中最大的一个,也是太阳系第二大的卫星。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后发现的第一颗卫星。由于它是太阳系第一颗被发现拥有浓厚大气层的卫星,因此被高度怀疑有生命体的存在,科学家也推测大气中的甲烷可能是生命体的基础。土卫六可以被视为一个时光机器,有助我们了解地球最初期的情况,揭开地球生物如何诞生之谜。

名称

惠更斯简单的把这颗他发现的卫星称为“Saturni Luna”(土星的月球)。之后,乔凡尼·多美尼科·卡西尼为了表达对法国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、各卫星距离土星的距离,由近至远排列)。至于土卫一弥玛斯)和土卫二恩赛勒达斯)则是在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,都是由约翰·赫谢尔爵士命名的(约翰·赫谢尔是威廉·赫谢尔爵士之子,而威廉·赫谢尔是土卫一和土卫二的发现者)。约翰·赫谢尔在1847年出版的《在好望角天文观测的结果》(Results of Astronomical Observations Made at the Cape of Good Hope)[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(或称萨坦)为土星神)和他的兄弟姊妹们的统称。

物理特性

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还大(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/立方米。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。土卫六被土星潮汐锁定,其自转周期公转周期相同。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°C。

土卫六质量与木卫三木卫四海卫一冥王星大致类似。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径约3,400公里的固体核心,其内部应该因重力之故仍保持着炽热状态。虽然土卫五以及其他的土星卫星也有类似的固体核心,但由于土卫六的体积巨大造成更强烈的重力压缩,而使得其核心密度较其他卫星高出许多。

大气层

泰坦大气层中雾层的真实色彩。
泰坦大气层中雾层的真实色彩。

泰坦是唯一已知有着比可追踪的大气层更多气体的卫星,而且是太阳系中除了地球之外,唯一拥有浓厚氮气的天体。卡西尼号在2004年观测它的大气层,认为泰坦是一个超级转子,像金星一样,大气层的旋转速度远远超过表面的自转速度[9]。来自旅行者航天器的观测显示泰坦的大气层比地球还要浓厚,表面的大气压力是地球的1.45倍。泰坦的大气层总质量是地球的1.19倍[10],或是表面上的单位面积承受的质量大约是地球的7.3倍。不透明的霾层阻挡了大量来自太阳和其它来源的可见光,使得土卫六的表面呈现晦涩的特征[11]。土卫六的低重力意味着它的大气层会比地球的更为扩张[12]。土卫六的大气层在许多的波长上都是不透明的,所以从轨道上不能获得来自表面的完整反射光谱[13],直到2004年的卡西尼-惠更斯号任务,才首度获得土卫六表面的直接观察影像[14]

在平流层的大气组成是98.4%的氮,其余的成分大多是甲烷(1.4%)和氢(0.1-0.2%)组成[7]。其它微量、可追踪的气体属于烃类,例如乙烷联乙炔甲基乙炔乙炔丙烷,还有其它的气体,像是氰基乙炔氰化氢二氧化碳一氧化碳[6]。在土卫六上层大气的碳氢化合物(烃)被认为是太阳的紫外线导致甲烷裂解产生浓厚的橙色碳氢化合物烟雾的情况[15]。土卫六有95%的时间都在土星的磁层内,有助于土卫六防范太阳风的侵袭[16]

气候

土卫六在南极有永久的飓风。
土卫六在南极有永久的飓风。

土卫六表面的温度大约是94K(−179°C,或−290°F)。在这个温度下水冰的蒸气压力极低,所以大气中几乎没有水汽。土卫六大气层中的阴霾全是卫星将阳光反射回太空的反温室效应贡献的,使它的表面与上层相较显得异常的寒冷[17]。这颗卫星接收到的阳光仅有地球的1%[18]。土卫六的云层可能由甲烷、乙烷,或许还有其它简单的有机物,是分散和会变化的,造成整体的阴霾[19]。大气层的甲烷造成和创造土卫六表面的温室效应,若不是这样土卫六的表面将更寒冷[20]。惠更斯探测船的调查结果表明土卫六的大气层会定期下雨,将液态的甲烷和其它有机化合物滴落在卫星的表面上[21]

云层通常会覆盖土卫六盘面的1%,但是也观察到突发的事件使云层迅速的覆盖广达8%。一种假说认为当土卫六的夏季来临时,阳光的增加会使南极的云层因为对流而加剧的生成。这种解释很难说明不只在仲春,还有在夏至之后还出现复杂云层的事实。甲烷在南极增加的湿度可能有助于云层大小迅速的增加[22]。土卫六南半球的夏天一直持续到2010年,直到在轨道上的土星,它掌握著卫星的运动,将北半球朝向着太阳[23]。当季节转换时,预期甲烷将开始在南极上空凝结[24]

表面特征

2011年4月的土卫六表面地图。
2011年4月的土卫六表面地图。
在这张卡西尼号拍摄的土卫六照片中,中部偏右的那个亮区被称为"上都"(Xanadu,世外桃源15°S 100°W / 15°S 100°W / -15; -100 (Xanadu)),人们对那儿到底是什么仍然一无所知
在这张卡西尼号拍摄的土卫六照片中,中部偏右的那个亮区被称为"上都"(Xanadu,世外桃源15°S 100°W / 15°S 100°W / -15; -100 (Xanadu)),人们对那儿到底是什么仍然一无所知
土卫六的伪彩色照片,展现了土卫六表面细节和大气状况。卡西尼号空间探测器摄于2004年11月26日
土卫六的伪彩色照片,展现了土卫六表面细节和大气状况。卡西尼号空间探测器摄于2004年11月26日
ESA惠更斯号探测器登陆土卫六后拍摄的第一张照片
ESA惠更斯号探测器登陆土卫六后拍摄的第一张照片

人类至2004年对土卫六表面的了解仍然非常缺乏。人类使用哈勃空间望远镜红外线卡西尼-惠更斯号拍摄到一个高亮度,有澳洲大小区域的图片。这个区域的非正式名称是上都区(Xanadu Regio,世外桃源,15°S 100°W / 15°S 100°W / -15; -100 (Xanadu));没有人知道那里是什么样。类似的哈勃空间望远镜、凯克望远镜甚大望远镜还观测到土卫六上另外一片大小相近的深色区域,人们推测那里可能是液态的甲烷乙烷海洋,但卡西尼号观测的数据发现可能是其他物质。卡西尼号还发回大量土卫六高分辨率地貌图像,其中包括谜一般的线状条纹,一些科学家认为那可能是地壳构造运动产生的。

2004年11月26日的一次飞越土卫六的观测,发现土卫六光滑的表面上只有很少的冲击环形山,这些环形山在光线的作用下明暗对比强烈。这大概是土卫六或烃落入环形山或火山喷发活动活跃造成的经常地壳重构所致。探测器的分光器发现亮区和暗区发射的太阳光波长一样,这就意味着它们可能由相同的物质组成(或者至少是覆盖着相同的物质)。至于到底是什么物质,人们依然不清楚。人们曾希望凭借探测器观测物体或液体反射光线而发现的烃湖或烃海并未被探测到。这使得科学家怀疑土卫六表面可能是完全呈冰状或泥泞状态。

为了更好的了解表面地貌,卡西尼航天器在飞近土卫六时使用了雷达遥感测绘技术。传回的第一张图片就展现地表是一个复杂,崎岖与平坦并存的区域。这种地貌看来应该是由火山造成的。火山可能喷发出水和氨水。另外也发现了一些好像风蚀产生的条纹状地貌。还有一些看起来是已经被填平的冲击环形山,其中的液体可能是液态烃。湖中有或没有什么现在仍然无法确定。另有一些区域返回的信号看来,但其他的解释仍然存在。土卫六看起来真的很光滑,表面没有高于50米的地貌。[25]

对土卫六的探索

旅行者1号旅行者2号曾经检视过土卫六。旅行者1号曾试图尽可能的接近土卫六;不幸的是,旅行者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。多年之后,在对旅行者1号桔色滤镜拍摄的图片进行复杂的数字处理后,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空间望远镜用红外线加以观测了。旅行者2号只是粗略的检视过土卫六,旅行者2号团队必须从“调整轨道让旅行者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。由于旅行者1号没有能够观测到其表面地貌,旅行者2号团队选择了后一个方案。

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摄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日进入土卫六大气层进行详细探测。惠更斯号探测器在2005年1月14日登陆土卫六。

美国的蜻蜓号(Dragonfly)有望在2020年代发射升空并登陆土卫六。[27]

可能的生命

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[28][29][30]。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[31][32][33]。 在此种环境下,能够产生出怎样的物种,更令人好奇。

科幻作品中的土卫六

  • 倪匡科幻小说卫斯理系列蓝血人》新版,其主角来自土卫六(原著为来自土星)。
  • 亚瑟·查理斯·克拉克所著科幻小说《Imperial Earth》中,土卫六成了拥有250,000人口的人类殖民地并且在太阳系经济中扮演主要角色;土卫六大气中的成为了行星间旅行的动力来源。
  • 斯蒂芬·巴科斯特所著的《土卫六英语Titan (Baxter novel)》小说中,描写了一项NASA对灾难性登陆土卫六的任务幸存者的拯救。
  • 库尔特·冯内古特的小说《泰坦星的海妖英语The Sirens of Titan》有对土卫六惊险旅行的描写。
  • BBC的电视秀《红矮星号》中,主人公李斯特非法的从土卫六带回一只,经过几百万年的硬性辐射,这种比起祖先漂亮但不是很聪明的物种被称为Felis sapiens。
  • 在电视剧《Starhunter英语Starhunter》中土卫六变成主人公Dante的老家,那里是一个大型的殖民地。
  • 在《公元2000》漫画系列Judge Dredd,泰坦星是一个流放犯人的殖民地,但作者在文中犯了一个致命的错误,它被描写成围绕木星轨道旋转。这稍后被归因于一个远距传物科学实验。
  • 漫威漫画宇宙,泰坦星是Eternals的殖民之家,他们是一个似神的种族。
    • 电影《复仇者联盟3》里,泰坦星亦是反派萨诺斯已灭亡的故乡,也是与钢铁人、蜘蛛人、奇异博士、星爵一行人一战的地方。
  • 在电影《千钧一发》(1997年)中,泰坦星是电影高潮时刻太空任务的目的地。
  • 日本动画Cowboy Bebop》(1998年)中,泰坦是一个人口约3000万的殖民地。原居民与其他行星的移民的对立导致了战争的爆发。
  • 在一款Apple II游戏泰坦帝国英语Titan Empire中,泰坦星上的人类试图统治整个太阳系。
  • 美国科幻小说作家艾伦·爱德华·诺斯英语Alan E. Nourse在1954年12月发表的英语小说wikisource:Trouble on Titan》,在1971年被以“Revolte sur Titan”为标题翻译为法文。
  • 桌面科幻游戏战争之锤40000Grey Knights英语Grey Knights太空陆战队这一章中继续保留着他们在土卫六堡垒。
  • Commodore 64电脑游戏Project Firestart英语Project Firestart故事被设定发生在一个科学探测空间船上,这艘船漂浮在土星系的土卫六附近。
  • Flight on Titan英语Flight on Titan》是一个由Stanley G. Weinbaum所著的短篇故事
  • 在电影《遗落战境》(2013年),由汤姆·克鲁斯所饰演的主角杰克·哈勃原本的任务就是驾驶航天器探索号到访土卫六。
  • 在电子游戏《天命2》(2017年)土卫六作为四个开放式地图的其中之一存在。
  • 在2016年发售的电子游戏《使命召唤:无限战争

参考资料

  1. ^ Unless otherwise specified: JPL HORIZONS solar system data and ephemeris computation service. Solar System Dynamics. NASA, Jet Propulsion Laboratory. [2007-08-19]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 R. A. Jacobson, P. G. Antreasian, J. J. Bordi, K. E. Criddle, R. Ionasescu, J. B. Jones, R. A. Mackenzie, M. C. Meek, D. Parcher, F. J. Pelletier, Jr. W. M. Owen, D. C. Roth, I. M. Roundhill, J. R. Stauch. The Gravity Field of the Saturnian System from Satellite Observations and Spacecraft Tracking Data. The Astronomical Journal. 2006, 132 (6): 2520 [2018-04-02]. ISSN 1538-3881. doi:10.1086/508812 (英语). 
  3. ^ Williams, D. R. Saturnian Satellite Fact Sheet. NASA. February 22, 2011 [April 22, 2015]. (原始内容存档于April 30, 2010). 
  4. ^ Mitri, G.; Showman, Adam P.; Lunine, Jonathan I.; Lorenz, Ralph D. Hydrocarbon Lakes on Titan (PDF). Icarus. 2007, 186 (2): 385–394. Bibcode:2007Icar..186..385M. doi:10.1016/j.icarus.2006.09.004. 
  5. ^ Classic Satellites of the Solar System. Observatorio ARVAL. [2010-06-28]. (原始内容存档于2011-08-25). 
  6. ^ 6.0 6.1 Niemann; H. B.; Bauer, S. J.; Carignan, G. R.; Demick, J. E.; Frost, R. L.; Gautier, D.; Haberman, J. A.; Harpold, D. N. The abundances of constituents of Titan's atmosphere from the GCMS instrument on the Huygens probe. Nature. 2005, 438 (7069): 779–784. Bibcode:2005Natur.438..779N. PMID 16319830. doi:10.1038/nature04122. 
  7. ^ 7.0 7.1 Coustenis, pp. 154–155
  8. ^ Observations of satellites of Saturn
  9. ^ Wind or Rain or Cold of Titan's Night?. Astrobiology Magazine. 2005-03-11 [2007-08-24]. (原始内容存档于2007-07-17). 
  10. ^ Coustenis, p. 130
  11. ^ Zubrin, Robert. Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization. Section: Titan: Tarcher/Putnam. 1999: 163–166. ISBN 1-58542-036-0. 
  12. ^ Turtle, Elizabeth P. Exploring the Surface of Titan with Cassini–Huygens. Smithsonian. 2007 [2009-04-18]. 
  13. ^ Schröder, S. E.; Tomasko, M. G.; Keller, H. U. The reflectance spectrum of Titan's surface as determined by Huygens. American Astronomical Society, DPS Meeting No. 37, #46.15; Bulletin of the American Astronomical Society. August 2005, 37 (726): 726. Bibcode:2005DPS....37.4615S. 
  14. ^ de Selding, Petre. Huygens Probe Sheds New Light on Titan. SPACE.com. 2005-01-21 [2005-03-28]. 
  15. ^ Waite; J. H.; Cravens, T. E.; Coates, A. J.; Crary, F. J.; Magee, B.; Westlake, J. The Process of Tholin Formation in Titan's Upper Atmosphere. Science. 2007, 316 (5826): 870–5. Bibcode:2007Sci...316..870W. PMID 17495166. doi:10.1126/science.1139727. 
  16. ^ Courtland, Rachel. Saturn magnetises its moon Titan. New Scientist. 2008-09-11. 
  17. ^ C.P. McKay, J. B. Pollack, R. Courtin. The greenhouse and antigreenhouse effects on Titan. Science. 1991, 253 (5024): 1118–1121. PMID 11538492. doi:10.1126/science.11538492. 
  18. ^ Titan: A World Much Like Earth. Space.com (2009-08-06). Retrieved on 2012-04-02.
  19. ^ Arnett, Bill. Titan. Nine planets. University of Arizona, Tucson. 2005 [2005-04-10]. (原始内容存档于2005-11-21). 
  20. ^ Titan Has More Oil Than Earth. 2008-02-13 [2008-02-13]. 
  21. ^ Lakdawalla, Emily. Titan: Arizona in an Icebox?. The Planetary Society. 2004-01-21 [2005-03-28]. (原始内容存档于2010-02-12). 
  22. ^ Emily L., Schaller; Brouwn, Michael E.; Roe, Henry G.; Bouchez, Antonin H. A large cloud outburst at Titan's south pole (PDF). Icarus. 2006, 182 (1): 224–229 [August 23, 2007]. Bibcode:2006Icar..182..224S. doi:10.1016/j.icarus.2005.12.021. (原始内容存档 (PDF)于September 26, 2007). 
  23. ^ The Way the Wind Blows on Titan. Jet Propulsion Laboratory. 2007-06-01 [2007-06-02]. (原始内容存档于2012-10-08). 
  24. ^ Shiga, David. Huge ethane cloud discovered on Titan. New Scientist. 2006, 313: 1620 [2007-08-07]. 
  25. ^ {title}. [2005-01-14]. (原始内容存档于2004-12-07). 
  26. ^ {title}. [2005-01-15]. (原始内容存档于2005-02-04). 
  27. ^ https://solarsystem.nasa.gov/news/2017/12/20/nasa-invests-in-concept-development-for-missions-to-comet-saturn-moon-titan[永久失效链接]
  28. ^ 土卫六发现电流活跃迹象可能存在生命(图)
  29. ^ 研究称土卫六可能具备形成生命条件
  30. ^ 土卫六惊现无线电信号有外星人藏身?
  31. ^ 美宇航局报告称发现土卫六有生命存在迹象. [2012-09-04]. (原始内容存档于2015-04-02). 
  32. ^ 科学家称土卫六可能有生命跟地球生物不同
  33. ^ 土卫六或存在生命新迹象:某未知生物消耗其大气

参见

相关链接

外部链接

{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
土卫六
Listen to this article