魔戒之谜揭开土星之谜

小夏 科学 更新 2024-02-27

土星的英文名是土星,是罗马神话中的农业和财富之神,也是木星木星的父亲。 土星的特点是他移动得很慢,这也和土星很相似,因为土星的轨道周期很长。 土星绕太阳公转需要295年,比木星慢17年左右,也就是94年和95年出生的人,每个人从出生到现在,土星在太阳系中都绕着太阳转。 我们刚刚经历了土星一个完整的轨道周期,虽然轨道周期很长,但土星的自转周期很短,自转一次只需要十个半小时,比木星慢,但比地球快很多,也是太阳系中第二快的行星。

然后,当西方在研究土壤形状时,中国当时也在观察土壤形状。 中国最早的土形记载可以追溯到西汉初期,记载在一本名为《五星战》的书中。 这是中国现存最早的天文书,在这本书中,土星不叫土星,而是叫振兴。 这本书的作者至今还不知道是谁,但确实记载了从秦始皇元年到汉文三年,七十年间五大行星在天空中的位置分别是太白、绥兴、辰兴、英奇和振兴。

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后来,司马迁在《天官史记》中写道:“天上有五星,地有五行。 这五行对应五色,因为在观察真星时,真星呈现黄色。 土壤是黄色的,所以人们慢慢地称它为振兴土星。

土星是太阳系中仅次于木星的第二大行星。 它的直径约为116,000公里,大约是地球直径的9倍,体积是地球的764倍。 虽然土星比地球大得多,但它的密度如此之大,以至于它是太阳系中仅有的 11 颗密度低于水的行星之一。

如果有一个足够大的池塘可以装满水,它就可以漂浮在上面。 而且它是一颗气态行星,主要由氢和氦组成,所以它的质量并不比地球大多少,大约是地球质量的95倍,重力加速度和地球差不多,大约是10倍每平方秒4米。 土星与太阳成14度距地球3亿公里81公里,这个距离相当遥远,在王望远镜问世之前,人们只能用肉眼观察。

但不管怎么看,最多只能看到一个模糊的亮点,而土星几乎是人类肉眼能看到的最远的恒星。 有少数视力极佳的人能看到天王星,这是人类的极限。 直到1610年,第一个用望远镜观察土星的人伽利略出现了,海王星才被敏锐地看到。 这是他用望远镜画土星的,你可以看到他画了一个大圆圈,旁边有两个小圆圈。

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这是土星吗? 我们所知道的行星通常是球体,那么伽利略为什么会这样看待土星呢? 伽利略本人对这一观察感到惊讶,但他感到惊讶,同时又有点兴奋,因为在他看来,他发现了一个大秘密。 他认为土星是由三部分组成的,于是他立即给开普勒写了一封信,两人是好朋友,经常互通书信,但伽利略在信中并没有确切地说出他的发现,而是用了很多杂乱无章的字母。 如果你把字母放回正确的排列,你可以得到一个拉丁句子。 这句话的意思是:“我观测到了最高的三体行星”。 他以为开普勒能理解,但他没想到开普勒能理解他的意思。

然而,开普勒是一个非常认真的人,他一拿到这封信,就开始破解它。 他认为伽利略一定发现了某个行星的卫星,这是哪个行星的卫星? 地球只有一个月亮,不可能是地球,木星也确认有四个卫星,不可能是木星。 于是,他终于得出了一个结论,一定是火星,伽利略,一定是发现火星有两颗卫星。

虽然这个结论是错误的,但我没想到,后来人们居然发现了火星的两颗卫星。 但为什么开普勒当时没有想到土星呢? 究其原因不得而知,但仅仅两年后,伽利略的发现就被他自己推翻了。 在观察过程中,他注意到旁边的两个小圆圈已经消失了,四年后他再次看向那个身影时,两个小圆圈又回来了。

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而这一次,它比他第一次看到它时要宽得多,这让伽利略非常困惑,一个会在那里,一个不会,一个会更大,一个会更小。 这个土星是什么样子的? 他们旁边的这两个东西到底是什么? 不幸的是,伽利略直到去世才弄清楚土星的样子。

直到他去世十多年后,这个问题才终于被荷兰的天文学家克里斯蒂安·惠更斯(Christian Huygens)回答。 惠更斯认为伽利略的望远镜不工作,并限制了他的观测。 俗话说,要想做好工作,首先要对设备感兴趣! 所以,惠更斯做了一个 57厘米口径,36米长的望远镜。 自1655年3月以来,惠更斯首次观测土星,经过一段时间的观测,惠更斯首次发现了土星最大的卫星土卫六。

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这让惠更斯感到失望,他再次认为他的眼镜不足以完整地看到土星。 于是他再次升级了自己的望远镜,这一次,惠更斯终于用他发明的全新望远镜看到了土星的全貌。 经过反复的观察和确认,他终于得出结论,土星是由一个球体和一个薄而扁平的环组成的,这也是人类第一次正确认识土星的形状。

但这一发现只能回答伽利略的一半问题,因为根据伽利略之前的描述,它本来会消失的。 为什么? 针对这个问题,惠更斯继续观察土星又三年,直到1659年,惠更斯得出结论,土星环相对于地球的倾角会随着地球和土星的自转而变化。 这意味着土星的自转轴以 26 度角倾斜在 7 度时,土星轨道与地球轨道之间的夹角为 25度。

因此,土星环的能见度会随着时间的推移而变化。 当它向地球倾斜时,我们可以看到它。 当它面向地球时,土星环看起来非常狭窄或几乎看不见。 因此,在伽利略的时代,只有当土星环倾斜得更大时,他们才有机会看到土星环。

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这个周期大约是15年,每15年土星环的倾角达到最大值,此时土星环看起来非常宽阔和清晰。 但你也需要望远镜才能看到它,而且你不能用肉眼看到图形环。 那么下一次光环消失的时间将是 2025 年 3 月 23 日。 所以你还有一年多的时间来观察土星环。

土星环的主要成分是水冰,它的大小像尘埃一样小,大到山峰一样大,被认为是彗星、小行星和卫星的碎片。 它们被土星强大的引力撕裂,既不能进入也不能逃脱,只能围绕土星旋转,最终形成了土星环。

土星环由内而外有七组,包括D、C、B、A、F、G和E环。 总宽度约为地球宽度的四倍半,但厚度不到1000米,有些地方甚至更薄。 A 环和 B 环是最引人注目和最亮的,而 C 环相对较暗,位于 B 环的内侧。 至于F、G、E环,都属于外圈,它们都非常薄,远不如内圈明显。

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然后在A环和B环之间,有一个非常明显的空洞,称为卡西尼环裂缝,宽约4,800公里,是卡西尼号在1675年发现的。 卡西尼是一个特别喜欢观察数字的人,因为他计算出土星距离地球超过14亿公里。 他知道土星离地球很远,但他没想到它会这么远。 于是他忍不住感叹,宇宙比人们想象的要大得多。 于是为了更多地了解土星,他开始疯狂地进行观测,成为第一个发现土星四颗卫星的人。

四个探测器访问了土星。 第一个访问土星的探测器是美国宇航局于 1973 年 4 月 6 日发射的先驱者 11 号。 他是先锋十号的姊妹船。 两艘船都有一块镀金的铝板,上面有人类信息。 铝板描绘了一男一女的形象,以及太阳和地球在银河系中的位置。 为了做到这一点,如果探测器被外星高智慧生物捕获,这块铝板将向他们解释这个探测器的**。

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1979年9月1日,先驱者11号抵达土星,拍摄了这张照片。 这也是人类拍摄的第一颗土星**。

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先驱者11号探索的主要结果是确定土星是一颗气态行星,没有固体表面,只有一个固体核心。 换句话说,人类探测器没有办法降落在土星上。 除了土星,它还捕获了土卫六和200多颗木星。 因为它在木星的引力的帮助下飞到了地球的形状。 直到 1995 年 9 月 30 日,美国宇航局才与先驱者 11 号进行了最后一次接触。 在那之后,我再也联系不上了。 总的来说,先锋11号只能算是开路者,因为他上面的仪器不是很复杂。 旅行者1号和2号真正实现了土星的精确任务。

这是美国宇航局在1977年8月和9月发射的两个探测器。 这两个探测器携带的仪器比先驱者11号的仪器先进得多。 他们的任务不仅仅是路过这个星球拍照,而是停下来探索。 目标是太阳系的四颗气态行星——木星、土星、天王星和海王星。 旅行者一号和旅行者二号分别于1980年11月12日和1981年8月26日到达土星。

经过探索,人类了解到土星环原来是一个巨大的宇宙垃圾场,由冰和尘埃组成。 然后旅行者1号飞向土卫六,它飞到了这里,但土卫六的卫星图像被包裹在一层厚厚的大气层中。 科学家根本看不到他的表面。 经过探测,旅行者1号发现土卫六的大气层由90%以上的氮组成。 表面的压力和温度为16个大气压,零下180摄氏度。 它可能是太阳系中除地球之外第一个表面可能有液体的物体。

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旅行者1号的土卫六探测器也停在这里。 在那之后,美国宇航局没有让他去天王星和海王星,而是让他朝着太阳运动的方向飞离太阳系。 截至 2023 年 11 月,他距离地球 162AU,即 240 亿公里,使其成为距离地球最远的人造物体。 虽然这两个探测器为人类解决了土星的许多问题,但它们也带来了新的问题,例如土星的内核是什么样子的。 土卫六上会有生命吗?

所以为了更多地了解土星,1997年,美国宇航局欧洲航天局(ESA)和意大利航天局(ISA)联合发射了土星探测器。 这被称为卡西尼惠更斯号,是第四次访问土星的探测器,也是迄今为止对土星最详细的任务。 那么,从名字上,你也应该能够看出这次任务的特点,那就是他有两个探测器,一个叫卡西尼号,另一个叫惠更斯号。

卡西尼号是当时最先进的探测器。 它上面有10万多个零件和26台计算机,可以说是各种精密仪器的集合。 相比之下,惠更斯要小得多,零件也更少,但一切都非常好,而且它是专门为检测六人的土壤而设计的。 所以惠更斯是卡西尼号内部的一个探测器。 计划是等到它飞到土星,让卡西尼号释放惠更斯号。 然后,这两个探测器分别去探索土星和土卫六6号。 2004年7月1日,卡西尼号到达土星。 2004年12月25日,卡西尼号释放了惠更斯号,飞往土卫二6号。

惠更斯号飞走后,卡西尼号开始了对土星的一系列探索。 他发现土星外云层的风速特别高,尤其是在赤道附近,可以达到每小时1800公里,是太阳系中仅次于海王星的第二快行星。 而且它的表面很冷,最冷的时候表面温度达到零下130度以上。 但土星内部非常热,内核温度高达11,700摄氏度。

除此之外,卡西尼号还进一步探测了土星北极的一场巨大风暴。 这场风暴几乎是一个完美的正六边形。 这很奇怪,对吧? 我们知道,无论是地球上的飓风还是木星上的大红斑,风暴通常都是圆形或椭圆形的。 但是土星的这场风暴是六边形的,而且特别大。 木星的大红斑最多可以掉落2-3个地球,但这个地球形状的六角形风暴足以掉落四个地球。 而且风速高达每小时540公里,可以说比木星的大红斑还要神秘和震撼。

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与卡西尼号分离后,惠更斯号于2005年1月14日抵达土卫六,并开始着陆。 大多数研究人员对着陆感到紧张,因为这是人类第一次在如此遥远的星球上着陆探测器。 惠更斯号能够承受土卫六大气层的摩擦吗? 你怎么能保证他的通讯控制不会被打断? 这些都不得而知。

惠更斯进入土卫六大气层仅三分钟后,它的速度就从每小时18,000公里下降到每小时1,400公里。 紧接着,着陆器依次打开了一系列降落伞,使他能够以每小时300公里的速度下降,距离土卫六表面160公里。 防护罩脱落,主降落伞打开,与此同时,着陆器上的各种设备开始运转,拍摄土卫六表面**,收集土卫六上的环境数据。 十五分钟后,他打开了最后一个直径三米的降落伞,冲向了土卫六的表面。

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惠更斯号在2小时15分钟内成功降落在土卫六上。 根据惠更斯号返回的数据,土卫六的大气中除了含有90%以上的氮气外,还含有甲烷和氢气。 大气的密度大于地球的密度,表面压力是地球的1大约5次。 地表温度很低,平均温度在-179摄氏度左右,而且非常干旱,没有海洋和湖泊,是一片沙漠。 很明显,在我们所知道的这种环境中不可能有生命。 不幸的是,在惠更斯着陆后大约 90 分钟,他的电池耗尽了,永远留在了泰坦上。 惠更斯之所以没有发现任何液体,是因为他降落的地方是一团尘埃。

2006年7月22日,他的卡西尼号为土卫六传回了数据。 根据卡西尼号的说法,土卫六中有海洋和湖泊,但它们都是碳氢化合物混合物,即液态甲烷和乙烷。 这是土卫六上最大的湖泊之一,称为景浦湖。

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除了土卫六之外,卡西尼号还发现土卫六表面下似乎有一片地下海洋,但它还没有来得及探测到更多的土卫二数据。 研究人员发现,卡西尼号的燃料已经耗尽,一旦耗尽,它很可能会撞上土卫二。 为了避免这种情况,美国宇航局决定提前结束卡西尼号的生命。

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2017年9月15日,在管制员下达命令后,卡西尼号冲进了图形大气层。 在潜水过程中,他努力保持天线指向地球,这是卡西尼号最后一次向地球传输数据。 大约一分钟后,卡西尼号在人偶的大气层中解体,最终燃烧起来,成为人影的一部分。 长达20年的模式探索项目终于落下帷幕。

在他20年的工作中,他拍摄了超过45万张图像,并发现了六颗地球形状的新卫星,使人类更接近了解地球的形状。 顺便说一句,截至 2023 年 6 月 8 日,土星有 146 颗已确认的卫星,超过了木星的 95 颗,成为太阳系中卫星最多的行星。 虽然卡西尼号的任务已经结束,但这并不意味着人类对土星的探索已经停止。 因为土星还有很多未解之谜,比如它的六边形风暴是如何形成的,土卫六和土卫二是否有生命。 因此,为了解决这些问题,美国宇航局计划在2026年发射蜻蜓探测器。 该探测器的目标是预计将于2034年抵达的土卫六,寻找生命迹象。

土星和木星的大合相。

这种天文现象指的是木星和土星的合相,在此期间木星和土星也是最接近的,我们可以用肉眼看到它们。 如果你有望远镜,你也许还能看到木星的四颗伽利略卫星。 这种情况大约每 20 年发生一次,这对我们来说非常罕见,但这不一定是好兆头。 司马迁在《天官史记》中写道:木星与地合一,为内乱、饥荒,主不动仗,战败。

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那是什么意思? 当谈到木星和土星的合相时,它象征着内乱和饥饿的发生。 绝不能有战争,战争就会失败。 上一次木头和泥土相遇是在 2020 年。 那个时候,大家都在经历疫情的爆发,所以在中国,古人的宇宙是相连的,天上的每一个天体都是相互关联的。 当一个天体影响另一个天体时,会产生不同的迹象。 当然,我刚才说了这个,大家都会听的。 我们的现代科学是关于证据的,这些天文现象与人类问题没有直接的因果关系,我们不能迷信。

2018年12月17日,美国宇航局的卡西尼号任务团队在美国行星科学杂志《伊卡洛斯》上发表了一篇关于土星环的研究。 报告指出,最慢3亿年,最早1亿年,土星环将完全消失。 事实上,土星并不是唯一有光环的行星,太阳系中的所有四颗气态恒星都有光环,但没有一颗恒星的光环像地球周期那样壮观和复杂。

那么为什么土星环会消失呢? 其实主要是因为“环雨”现象。 我们现在都知道,地球环主要是由冰块组成的,在地球引力和磁场的影响下,这些冰块逐渐被拉入土星的大气层。

这就像雨水从土星环落到地球的形状,吸气的速度足够快,也许土星的光环真的会在数亿年后消失。

没有土星环,地球的形状将不再那么耀眼。 虽然我们无法亲眼看到土星环的消失,但它提醒我们,宇宙是一个不断变化和发展的地方。

科学漫谈

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