土衛四

土衛四

土衛四是環繞土星運行的一顆衛星。它是1684年由喬凡尼·多美尼科·卡西尼發現的。國際天文協會將它按照希臘神話中的泰坦狄俄涅定名為Dione(國際音標為/daɪˈɔʊni/,希臘語原文為Διώνη)。

  • 中文名
    土衛四
  • 外文名
    Dione
  • 別稱
    狄俄涅
  • 分類
    衛星
  • 發現者
    喬凡尼·多美尼科·卡西尼
  • 發現時間
    1684
  • 質量
    (1.095452 ± 0.000168)×10²¹ kg
  • 平均密度
    1.478 ± 0.003 g/cm³
  • 表面溫度
    87 K (−186°C)
  • 逃逸速度
    0.51 km/s
  • 反照率
    0.998 ± 0.004
  • 視星等
    10.4
  • 自轉周期
    2.736 915 d (同步自轉)
  • 半長軸
    377396 km
  • 離心率
    0.0022
  • 軌道傾角
    0.019°

基本信息

【衛星名稱】土衛四

【發現者】喬凡尼·多美尼科·卡西尼

【發現日期】1684年3月21日

【衛星所在的行星】土星

發現命名

土衛四是于1684年3月21日被喬凡尼·多美尼科·卡西尼發現的。一開始卡西尼將他發現的土衛三、土衛四、土衛五土衛八命名為"路易之星"(Sidera Lodoicea)來奉承法國國王路易十四,但是這個命名沒有被天文學家普遍接受。他們則將最早被發現的五顆土星衛星稱為土衛一至五。後來1789年土衛一和土衛二被發現後這個號碼命名法被擴展到土衛七(今天的號碼命名法後來被調整過,因此與當時的不一樣)。

1847年約翰·弗裏德裏希·威廉·赫歇爾建議使用希臘神話中泰坦的名字來命名土星的衛星,因此土衛四獲得了狄俄涅這個名稱。(在希臘神話中克洛諾斯是泰坦之一,而希臘神話中的克洛諾斯相當于羅馬神話中的薩坦,按照國際天文協會土星是以薩坦命名的,因此土星的衛星是按照希臘神話中他的兄弟姐妹命名的。)

地形地貌

土衛四的平均直徑為1118千米。土衛四主要由冰組成,不過它是土星衛星中密度第三高的(1.5克/立方釐米,土衛二和土衛六居第一和第二位),因此它的內部必須含有相當多的矽酸鹽岩石。土衛四的反照率為0.55,與土衛三和土衛二相比它比較暗。土衛四的表面溫度為-187°。它的自轉周期與公轉周期一樣長,也是65小時41分鍾,因此它與地球的衛星一樣是同步自轉。它的自轉軸與公轉軸之間的交角為0.006°。

土衛四比土衛五小一些,但與土衛五非常類似。它們的組成、反光率和地形均很類似,兩顆衛星均具有非常不同的前面和反面(前面指的是在公轉中朝著飛行方向的一面,反面指的是在公轉中背著飛行方向的一面)。土衛四的正面有比較多的撞擊坑,而且比較亮,而它的反面則完全不同,這一面比較暗,明亮的、細小的條紋遮蓋了上面的撞擊坑。這說明這些條紋是比較新的。這些條紋估計是凍的懸崖。在土衛四上被發現的地質形態有:峽谷、線條、撞擊坑。

土衛四表面圖像土衛四表面圖像

冰懸崖

在卡西尼-惠更斯號探測器2004年12月13日飛越土衛四之前這顆衛星上亮的線條狀的結構的來源不清楚,原因之一是唯一到那時為止唯一拍攝到這個結構的照片是從很遠的地方拍的。當時唯一可知的是這個結構的組成的反光率非常高,而且非常薄,因為透過它可以看到下面的結構。當時的推測是土衛四剛剛形成後地質活躍,冰火山改造了大部分表面。這些線條是沿著裂縫的爆發後冰雪重新落到土衛四表面形成的。後來這些地質活動停止後前面由于不斷受到隕星的撞擊這些線條被磨滅了。

但卡西尼號最新的照片證明這個推測不正確。這些線條根本就不是堆積的冰雪,而是由地震作用造成的明亮的冰懸崖。土衛四的背面上顯示著巨大的破裂。

2005年10月11日卡西尼號飛越土衛四時離土衛四隻有500千米並拍攝了這些懸崖的清晰照片,這些照片顯示這些懸崖有些達數百米高。

撞擊坑

土衛四表面有多種地形,其中包括含有很多撞擊坑的地形、含有中等撞擊坑數目的平原、含有少數撞擊坑的平原和地殼破裂的區域。含有很多撞擊坑的地區有許多大到直徑100千米的撞擊坑。平原地區的撞擊坑的直徑一般小于30千米。不過也有有很多撞擊坑的平原。大多數含有很多撞擊坑的地區位于土衛四的反面,而在它的前面也有含有少量撞擊坑的平原。這個現象與許多科學家預言的正好相反。尤金·蘇梅克和其他人曾提出一個理論認為自傳與公轉同步的衛星的前面的撞擊坑數量應該比較多,反面比較少。這說明土衛四被撞擊時它的正面和反面正好反過來。由于土衛四比較小,在受到比較大的撞擊(撞擊坑大于35千米)時它會被轉動。由于土衛四表面有許多大于35千米的撞擊坑,因此它在早期撞擊率比較高時可能不斷被轉動。今天遺留下來的撞擊坑和比較亮的正面說明它現在的正面已經有數十億年是正面了。

土衛四的撞擊坑與木衛四的類似,而不像月球和水星上的撞擊坑,它的邊緣不那麽明顯。這可能是因為隨著時間比較弱的冰衰落了。不過土衛四上的撞擊坑中有些還有中央山,而不像木衛四那樣完全沒有中央山了,這說明土衛四上的冰不像木衛四那樣脆弱。

軌道特徵

【半長軸】377,400 千米

土衛四(圖1)土衛四(圖1)

【離心率】0.0022

【軌道周期】65小時 41分鍾 05秒

【傾度】0.02°

土衛四環繞土星的距離是377,420千米,其環繞周期為65小時41分鍾。土衛四軌道的偏心率為0.0022,相對于土星的赤道它的軌道的傾角為0.02°。土衛十二與土衛四位于同一軌道上,土衛十二位于土衛四的拉格朗日點L4上,在土衛四前方60°的位置。

物理特征

【平均直徑】1118 千米

【表面區域】km2

【質量】1.096×1021 kg

【平均密度】1.50 g/cm3

【赤道上方重力】0.022 m/s2

【自轉周期】(同步)

【軸傾斜】0.006°

【反照率】0.55

【表面溫度】最小和平均最高為-186 °C K

最新訊息

新華網倫敦3月2日電英國倫敦大學學院日前發布公報說,該校研究人員參與的美國航天局"卡西尼"探測器項目發現,在土星的衛星土衛四上存在氧氣,這一發現支持了有關一些有冰覆蓋的星球可在宇宙射線作用下形成氧氣的理論,

據介紹,"卡西尼"探測器曾在2010年4月飛越土衛四上空,它攜帶的電漿分光儀探測到土衛四上有氧離子存在的跡象。這個電漿分光儀是倫敦大學學院研究人員參與設計和製造的,該校研究人員在和同行分析了相關探測資料後認為,在土衛四上確實存在稀薄的氧氣。

這一發現使得土衛四加入了土星"有氧"衛星的行列,之前的觀測曾發現,土衛五以及其他一些土星的衛星上存在氧氣,

參與研究的安德魯·科茨教授說,由此看來,有冰覆蓋的星球可在宇宙射線作用下形成氧氣是一個較普遍的現象以土衛四為例,它的表面溫度很低,覆蓋有冰層,而它所處的位置又有較強烈的輻射,射線擊打冰層,使其分解為氫氣和氧氣,其中氫氣逸失到太空中,而氧氣留了下來,在土衛四周圍形成了一個氣體層。不過這層氣體非常稀薄,以至不能被稱為大氣層,

由于土衛四的表面由大片冰層覆蓋,不適宜生命存活,雖然本次研究在土衛四上發現了氧氣,但研究人員還是認為該衛星上存在生命的可能性不大,

據美國《連線》雜志網站報道,土星衛星--土衛二"恩克拉多斯"是太陽系最令人著迷的星球之一,因為它是太陽系內最可能發現存在支持外星生命必需物質的星球。最近,定期掠過這顆小衛星的"卡西尼"號飛船現傳回了更多資料證明土衛二存在"地下海"。

觀測顯示,土衛二的南極邊緣存在活躍的物質噴發,這也構成了壯觀的土星光環一部分。2008年,"卡西尼"號在一次近距離飛越時穿過土衛二羽狀噴流,並獲得觀測資料。

盡管土衛二直徑約為500公裏,隻有另一顆土星衛星"泰坦"的1/10,但是它已經令人深深著迷。如今,"卡西尼"號的壽命延長到2017年,計畫還將11次掠過土衛二,我們相信"卡西尼"號定會發回更多精彩的土衛二照片,得到更多有價值的資料以揭開其神秘面紗,讓我們拭目以待。以下是"卡西尼"號自2004年開始對土衛二展開觀測以來所捕捉到的精彩照片。

1.冰粒和水蒸汽從土衛二的多冰地表裂縫中噴出

如圖所示,冰粒和水蒸汽從土衛二的多冰地表裂縫中噴出。照片是由飛掠土衛二的卡西尼號所拍攝的。"卡西尼-惠更斯"土星探測任務是由美國宇航局、歐洲航天局和義大利航天局三方聯合實施的一個航天項目。

冰粒和水蒸汽從土衛二的多冰地表裂縫中噴出冰粒和水蒸汽從土衛二的多冰地表裂縫中噴出

2.表面遍布山脊和谷地

這張土衛二多冰地殼原始圖片顯示,土衛二表面遍布山脊和谷地。土衛二上的溝槽通常有幾百米寬,但是一些裂縫有125英裏(201公裏)長,6英裏(9.6公裏)寬,深達半英裏(804米)。由于在土衛二上的溝槽區域通常沒有撞擊隕坑,因此它們的形成時間應該不超過100萬年。這表明,活躍的地質運動形成了土衛二的地殼,正如構造板塊運動形成了地球地殼一樣。

表面遍布山脊和谷地表面遍布山脊和谷地

3.寒冷、明亮的衛星

土衛二又名"恩克拉多斯",是土星冰環上的一顆閃亮星球,在離土星最遠的一個環繞軌道運行。"恩克拉多斯"是太陽系中已知的最亮的衛星,因為它上面覆蓋有新的冰。由于反射了大量的太陽光,這顆衛星的表面非常寒冷,溫度可達華氏零下325度,比其他土星衛星要冷。

寒冷、明亮的衛星寒冷、明亮的衛星

4.宛如新月

如圖所示,土衛二好像新月一般,圖中的直線為土星光環。月球直徑為2159英裏(3475公裏),足足有土衛二的7倍,土衛二的直徑約為500公裏。

宛如新月宛如新月

5.小行星撞擊形成的隕坑

在這張圖的下部可以看到小行星撞擊形成的隕坑。土衛二的北半球有許多隕坑,而在南極附近幾乎沒有隕坑。這表明,南極附近的多冰地殼形成時間不超過100萬年,甚至可能隻有50萬年。因為如果這一區域的"年齡"稍長一些的話,肯定會被小行星撞擊形成許多隕坑。

6.冰火山

土衛二是太陽系內僅有的四顆被觀測到有活躍噴發的星球。地球和木星衛星Io存在火上噴發,而土衛二和海王星衛星海衛一都存在冰火山現象,噴發出水和其他揮發性物質,而不是岩漿和火山灰。

7.土衛二和土衛四

如圖,這是土衛二和土衛四。土衛四的體積有土衛二的兩倍多。而土衛二比土衛四更靠近土星,而且繞土星旋轉的速度更快。圖中所示的光環是土星最外圍的F光環。

8.虎紋地區釋放大量熱量

在土衛二南極,"虎紋"區域活躍地向太空噴發冰,而且比其他地區溫暖。土衛二"虎紋"區域釋放的熱量是相同面積地球區域的三倍。目前,科學家仍無法解釋其中的奧秘。

今年一月份發表在《自然-地球科學》的一份研究報告認為,熱量產生于溫度較高的冰上升到表面而較冷的冰被下推所產生的攪動。

美國加利福尼亞州立大學聖塔克魯茲分校行星科學家FrancisNimmo)說:"卡西尼探測器現觀測到處于打飽嗝狀態的土衛二,目前所觀測到的土衛二表面騷動時期十分罕見,很可能這顆衛星正處于一個特殊的地質紀元。"

9.土衛二陰影

如圖所示,土衛二位于土星光環之前,圖中可以看到土衛二所留下的陰影。


10.羽狀噴流

土衛二是土星62顆衛星中第六大衛星。在這張圖中可以看到土衛二南極區域噴發出的羽狀噴流。

11.巴格達溝的山脊和溝槽

去年11月21日,執行土星系探測任務的美國宇航局"卡西尼"飛船非常完美地從"土衛二"掠過。當時卡西尼飛船從距土衛二表面1600公裏高度掠過,並捕捉到虎紋區域"巴格達溝"的照片。這張圖片中顯示的山脊和溝槽地形,同飛機上觀看地球上的高山和峽谷並無區別。據了解,卡西尼此次近距離掠過土衛二是科學家觀察虎紋區域的最後機會,因為土衛二南極地區隨後將進入冬季長達數年的黑暗期。

12.羽狀噴流蘊藏有大量秘密

的觀測獲知,其中存在有水蒸汽、氮、二氧化碳和甲烷,還發現了少量的其它含碳有機物。羽狀噴流還包含著土衛二是否適合居住的線索,並證明土衛二可能存在"地下海"。

13.微小的土衛二

這一壯觀的照片是卡西尼號上的廣角照相機在2009年聖誕節當天拍攝的,當時卡西尼號距離土衛二有38萬4千英裏(約合61萬8千公裏)。土衛二位于土星光環之下,與土星相比,土衛二顯得很渺小。

根據這些觀測資料,從事卡西尼太空任務研究的科學家發現在土衛二冰冷羽狀物質中存在著負電荷水離子。在地球上,類似這樣的離子經常存在于處在運動狀態的液態水中,例如瀑布或者海浪。在土衛二噴射物質發現負電荷水離子,提供了液態水存在的最好證據,並暗示著構成生命的成分存在于冰冷的土衛二表面。研究人員將最新研究成果刊登在《Icarus》雜志上,

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