土星环倾盆大雨 每秒倾泻1万公斤冻结物质

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土星环倾盆大雨 每秒倾泻1万公斤冻结物质

卡西尼号的观测数据进一步揭示了土星环的复杂一面。天文学家发现土星环每秒向土星倾斜1万公斤冻结物质，包括水、甲烷和氨，数量是此前预计的10倍。这一发现将重新定义我们对行星环形成的认知，对太阳系运转机制的了解也将发生革命性变化。

土星是太阳系的第二大行星，一系列星环环绕赤道。科学家发现星环每秒向这颗气态巨行星倾泻1万公斤冻结物质

根据美国宇航局卡西尼号飞船的观测数据，科学家发现土星环每秒向这颗气态巨行星倾泻1万公斤冻结物质，数量是此前预计的10倍。卡西尼号的观测揭示了土星环这一标志性特征的复杂一面。2023年9月，这艘飞船坠落土星大气层。科学家表示这一发现将重新定义我们对行星环形成的认知，同时让我们对太阳系运转机制的了解发生革命性变化。

研究论文主执笔人、卡西尼号离子和中性粒子质谱仪（INMS）项目首席研究员亨特维特指出：事实证明，土星环不仅会下雨，而且还是倾盆大雨。研究小组发现土星环由水、甲烷、氨、二氧化碳、分子态氮和一氧化碳构成。

2013年7月19日，卡西尼号拍下了这幅土星靓照，箭头所指的淡蓝小点就是我们的地球。此时，地球距土星14.4亿公里

维特表示：虽然INMS在设计上用于研究气体，但我们也能对星环内的颗粒进行测量，因为它们高速撞击卡西尼号并发生汽化。水冰以及新发现的有机化合物以超出此前预计的速度从星环坠落，每秒的坠落物质多达1万公斤。

在土星大气层和星环之间发现的化合物种类让研究人员感到吃惊。研究论文合著者凯利米勒表示：与预计的一样，分子氢在土星大气中的比重。星环的降雨包含大量水以及丁烷和丙烷等分子。烤架或者野营炉使用的便是这些化学物质。研究论文刊登在《科学》杂志上。

卡西尼号的观测揭示了土星环的复杂一面，帮助科学家了解它们的构成。研究小组发现土星环由水、甲烷、氨、二氧化碳、分子态氮和一氧化碳构成

卡西尼号任务持续了20年之久，其中在土星系统逗留了13年。随着燃料的耗尽，宇航局决定利用卡西尼号最后的绕轨分析土星上层大气层并掠过内侧星环边缘。在最后的22次绕轨中，卡西尼号利用所携设备对土星上层大气层的构成进行测量，同时分析大气成分与来自星环的物质之间的化学反应。

完成这些任务后，卡西尼号坠落土星，最终在浓密的大气层中燃烧殆尽。米勒表示：在最后的冒险中，卡西尼号潜入土星环和土星大气层之间的未知领域。基于以往的研究，科学家认为水会以雨的形式从星环坠落土星大气层。为此，卡西尼号让无线电天线充当一把伞，保护自己免遭碎片侵袭。米勒就职于德克萨斯州的西南研究院。

地球并不是一颗上演极光秀的行星。2010年，卡西尼号拍下了这幅土星南极照，允许科学家次对土星极光进行研究

卡西尼号的移动速度极快，让这种分析成为可能。但与此同时，这也让数据的解读工作复杂化。分子和颗粒会被卡西尼号撞得粉碎，INMS探测到的有机化合物可能是碎片。观测结果显示土星D环富于变化，各区域会随着时间推移发生改变。

研究论文第二作者丽贝卡佩里曼表示：INMS是卡西尼号任务末尾最后用于收集数据的仪器之一，获取这些观测数据并非一件容易的事情。大量物质坠落能够对星环的演化产生重要影响，例如C环的物质不断补充附近的D环。

当土星及其星环从背后照亮时，科学家能够看到从另一侧无法捕捉的星环细节。此外，他们还发现了此前未曾见到的颜色差异

研究人员表示坠落的物质可能改变土星大气层的碳和氧含量。研究论文合著者、堪萨斯大学物理学和天文学教授托马斯克拉文斯表示：这是我们发现的太阳系运转机制的一个新要素。有两件事情让我感到吃惊。个是，来自星环的物质的化学复杂性。我们一度认为星环几乎完全由水构成。第二件事情是，坠落物质的数量远远超过此前预计。从星环坠落土星大气层的物质数量和种类都让我感到吃惊。

土星B环的边缘，里面的某些结构高达2.5公里，形成针状阴影。这些独特结构究竟由何种因素所致，科学家尚不十分清楚

克拉文斯指出研究小组一度认为土星环几乎完全由水构成，发现其它化合物让他们感到非常意外。他说：令我们感到吃惊的是，质谱仪发现了甲烷。这出乎所有人的意料。同样出人意料的是，我们还发现了一些二氧化碳。我们一度认为星环完全由水构成。事实证明，土星的内侧星环被严重污染，水冰中掺杂着各种有机物质。

5颗土星卫星。从左至右分别是土卫十雅努斯、个头很小的土卫十七潘多拉、明亮而多冰的土卫二恩克多拉斯、部分被遮住的土卫一米玛斯以及处在前景的土卫五利亚

土星最内侧的星环D环是向土星倾泻物质的主要元凶。卡西尼号质谱仪的观测数据显示，来自D环的大量化学物质坠入土星上层大气层。之所以出现这种现象是因为D环的旋转速度远超土星大气层。克拉文斯说：我们发现了这个过程，但并不十分清楚其中的机制。我们发现这些物质包括一些挥发油改变了赤道地区的土星上层大气层；颗粒和尘埃受到污染。

这幅照片带有一点科幻色彩，3颗土星卫星幻化成月牙土卫六泰坦、土卫五利亚和土卫一米玛斯形成令人难忘的景象

克拉文斯指出研究发现有助于科学家进一步了解太阳系、其它恒星系统和系外行星的运转机制，同时也提出了一系列新问题。他说：这些发现能够帮助我们了解行星的星环如何形成。某些行星有星环，某些没有。星环的寿命多长？如何获得补充？土星是否存在一个没有星环的时期？星环的构成如何演化？星环内的物质是否是太阳系形成过程的残余？它们的历史能否追溯到太阳之前的原始星云？这个星云的塌陷最终形成了太阳和行星。

土星北极的性风暴，犹如一朵惊艳的玫瑰花。玫瑰风暴的风眼宽2000公里，云速可达到每秒150米。照片摄于2012年11月27日，是卡西尼号拍摄的首批土星北极照片之一

研究人员指出由于星环以远超预计的速度驱逐物质，专家们认为星环的寿命可能比预计的短。克拉文斯说：我们发现星环驱逐物质的速度至少是此前预计的10倍。如果不能获得补充，星环不可能长久存在。这就像一个出现破洞的水桶。木星星环之所以如此纤细，可能就是这个原因。星环如潮水一样时涨时落。在某个时期，它们逐渐走向干涸，直至新物质涌入。

艺术概念图，卡西尼号正对土星进行观测

卡西尼号于1997年从佛州卡纳维拉尔角发射升空，经过7年的飞行抵达土星系统，随后环绕土星13年。2000年，卡西尼号用了6个月时间研究木星，2004抵达土星。在对土星进行观测时，它发现了6颗新卫星、星环内高耸的三维结构以及一场持续近一年之久的巨型风暴。

2004年12月13日，卡西尼号次飞掠土卫六泰坦和土卫四狄俄涅。12月24日，欧航局向土卫六派遣惠更斯探测器，研究大气层和地表构成，最后发现了由甲烷和乙烷构成的烃湖。2008年，卡西尼号完成探索土星系统的主任务，开始执行扩展任务卡西尼昼夜平分时任务。

卡西尼号不仅研究土星，同时还对众多土星卫星进行观测并拍摄大量精彩照片。这幅照片拍摄于2009年11月1日，展示了土卫二恩克拉多斯和土卫十七潘多拉

2010年，卡西尼号开始第二项任务卡西尼至点任务。2011年12月，卡西尼号获取解析度的土卫二恩克拉多斯图像。2012年12月，它对金星凌日进行追踪，测试观测系外行星的可能性。2013年3月，卡西尼号最后一次掠过土卫五利亚，测量其内部结构和引力拖拽。

2005年，卡西尼号近距离掠过土卫七许珀里翁，捕捉这颗形状不规则卫星的身影，同时获取怪异地表的细节特征。土卫七的地表好似海绵，原因仍是不解之谜

2013年7月，卡西尼号拍摄土星背光照，对星环进行细致观测，同时还拍摄了一幅地球照片。2023年4月，卡西尼号与土卫六上演最亲密接触，而后书写最终篇章，9月15日结束自己的使命。

伦敦大学学院穆勒太空科学实验室行星科学组负责人安德鲁科特斯表示：卡西尼号任务改变了我们对地外如何孕育生命的认知。火星、土卫二、木卫二和土卫六都可能孕育出生命。我们彻底改写了有关土星的教科书。

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