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美探測器證實:水冰遷移造就土衛八神秘陰陽臉

來源:2009-12-14 11:23 新浪科技       更新時間:2009-12-15 11:00:32
 

  這一系列土衛八的圖片顯示了冰遷移電腦模型是如何解釋這顆衛星的大部分全球外表特征的。

  這張偽色合成圖(false-color mosaic)展示了土衛八的整個半球,該圖是由“卡西尼”號獲得的。從圖片右側可以看到顏色較暗的反公轉半球和明亮的正轉半球之間的過渡區域。

  據美國宇航局太空網報道,美國宇航局的“卡西尼”號土星探測器傳回的最新數據,有助于解釋土星的衛星土衛八奇怪的“陰陽臉”外觀,即一面很暗,另一面很亮。

  “卡西尼”號收集到的這些圖片和數據對目前有關這顆衛星奇特外觀的最重要的一個理論提供了依據,該理論指出,遷移的冰使土衛八的一面因反射陽光而顯得特別明亮,另一側因被塵埃覆蓋,而顯得異常黑暗。

  研究人員在12月10日發表在《科學》雜志上的兩篇論文中詳細介紹了這些最新發現。“卡西尼”號于1997年發射升空,自2004年以來,一直在圍繞土星運行。300多年來,這顆衛星明暗半球現象一直讓天文學家迷惑不解。意大利出生的法國天文學家喬凡尼·多美尼科·卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)在1671年發現了土衛八,他注意到,這顆衛星正面,即正對土星軌道公轉的一側顯得偏暗。

  “旅行者(Voyager)”號和“卡西尼”號傳回的圖片顯示,面對土星軌道一側的黑暗物質一直延伸到赤道附近的反面。反面明亮的物質主要是由水冰構成,亮度比黑暗材料的大10倍,這些材料穿過北極和南極一直延伸到正面。這是“卡西尼”號在2007年9月10日飛越土衛八,它隨機攜帶的“成像科學子系統”(Imaging Science Subsystem)照相機拍到的這顆衛星的照片。

  德國柏林自由大學的蒂爾曼·登克(Tilmann Denk)是在《科學》雜志發表的其中一篇論文的第一作者,他說:“(‘卡西尼’號的)‘成像科學子系統’拍到的圖片顯示,土衛八正面上的亮和暗材料都比反面的相同材料顯得更紅。”登克指出,土衛八的正面被暗紅色塵埃覆蓋,因此顯得更暗,這些塵埃可能是從圍繞土星運轉的其他衛星上吹來的。

  這些塵埃或許與最近美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)發現的圍繞在土星周圍的巨大的環狀物有關。然而這些圖片顯示,降落的灰塵并不是導致土衛八兩側亮度截然不同的唯一原因。登克說:“土衛八上非常復雜且界線分明的明暗面,顯然不是由塵埃降落形成的,事情并沒那么簡單。因此我們必須找出其他可導致這一現象的機制。”

  近距離拍到的圖片為科學家提供了一些線索,顯示出熱隔離(thermal segregation)的跡象。這一理論認為,水冰從面對太陽的一面(更溫暖的區域)移向極面更加寒冷的區域。因此前者的亮度變暗,溫度升高,后者的亮度變大,溫度降低。由美國科羅拉多州波德西南研究所(Southwest Research Institute in Boulder)的約翰·斯賓塞(John Spencer)和登克負責撰寫的另一篇科學論文指出,水冰遷移起到重要作用。研究人員通過把“成像科學子系統”的圖像與“卡西尼”號的合成紅外分光計(Composite Infrared Spectrometer,CIRS)獲得的熱量信息結合在一起,制成土衛八的電腦模型。

  合成紅外分光計在2005年和2007年獲得的觀測資料發現,暗區的溫度(129度絕對溫標,零下227華氏度)足以使積存數億年的大部分冰蒸發掉。土衛八的自轉周期很長,土衛八上的一天,相當于79個地球日,因此與自轉速度更快的衛星相比,每天土衛八得到太陽照射的時間更長。斯賓塞和登克提出,不斷下降的塵埃使土衛八的正面顯得更加暗淡,較深的顏色有助于吸收更多陽光,最終導致赤道附近的冰蒸發掉。

  蒸發的冰會在溫度更低,更加明亮的極地,即土衛八的反面重新凝結。冰蒸發后,會在這顆衛星表面留下顏色較暗的物質,使正面和赤道附近的溫度升高,變得更暗,

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