编者按：《新世纪飞天梦》是中国科学院力学研究所的王柏懿和林烈两位研究员撰写的一部科普小书。它图文并茂，以通俗的语言、严谨的分析和详实的史实，展示了人类不懈追求升空飞天的艰辛历程，说明了各类航天飞行器的基本原理和主要功能，还介绍了航天大师钱学森。承蒙作者的盛意，他们同意以网络书的形式在本网站上发表全书内容。该书主要是为小学高年级和初中的学生们编写的，有些较为专深的相关知识则采用“小贴士”“知识链接”和“你知道吗？”等框图形式在文中给出。

放飞梦想，奔向深空（之三）

林烈

8.4 带有美丽光环的土星

当我们离开了木星、向更遥远的深空飞去时，首先看到的是那颗带有美丽光环的土星。土星和木星一样也是一颗气巨星，它的主要成分同样是氢和氦，土星是太阳系中的第二大行星。土星最外层是厚达1000千米的大气层，往下是液态层，中心可能是一个直径不大的固体内核。土星也有磁场，但比地球的磁场要弱一些。土星的质量是地球的95倍。它的公转轨道比木星大一倍，因此它的表面也比木星更加寒冷。

土星最让人感到惊奇的是它那个明亮、美丽的光环。1610年，意大利科学家伽利略在观测土星时发现，在土星球状本体的旁边有一些奇怪的絮状物。1659年，荷兰学者惠更斯认为这些絮状物实际上是土星的光环。1675年，意大利天文学家卡西尼进一步指出，这个光环可能是由无数岩石及小颗粒构成的。

为了能够近距离去一窥土星的真容，美国和欧洲的科学家合作，花了数年时间，耗费了数十亿美元，研制了一台名为“卡西尼号”的土星探测器。1997年10月，“卡西尼号”发射升空，经过了7年的漫长旅行，于2004年到达土星附近。在随后的数年时间里，“卡西尼号”不负众望，传回来了无数土星的清晰照片及许多宝贵的数据，为人类了解土星、土星的光环及它的卫星提供了大量的第一手资料。

土星的这个光环实际上是由无数大大小小的冰粒及一些由冰包裹着的尘埃和岩块组成的。光环的厚度一般不超过10千米，但其直径却延伸到数十万千米以外。从远处看，它就像一张老式的密纹唱片。科学家一直在思索，这个光环究竟是怎样形成的呢？目前大约有两种说法：一种认为，这个光环原来是一颗土星的卫星，由于受到土星强大潮汐力的作用，最后分裂为大大小小的碎片，形成了这个光环；另一种说法是，这个光环在土星形成之初就已存在，它是原始星云的一部分，不过它当时未能团聚成较大的卫星。如果是后一种情况，那么这些大大小小的碎片还保留着太阳系形成之初的许多信息。这对正在研究太阳系成因的科学家来说，无疑提供了一个极其宝贵的“资料库”。

土星不但有一个美丽的光环，它还有许多大大小小的卫星。目前已知，土星有62颗卫星，其中最大一颗直径达5150千米，其它的直径基本上都在1500千米以下。土星这颗最大的卫星就是土卫六，天文界称它为“泰坦”，这是古希腊神话中的一位独眼巨人。土卫六由岩石和冰块组成，土卫六的体积为月球的1.5倍，在整个太阳系中，除了木卫三以外，它是最大的一颗卫星。

土卫六是荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年发现的。1944年，另一位荷兰科学家杰拉德·柯伊伯发现了土卫六上有大气层，大气层的厚度达200千米。现在已初步探明，其大气层的主要成分是氮气，占总量的90%，其它为少量的氩和甲烷等。实际上，在太阳系中具有较厚大气层的卫星并不多见。这样一颗体积足够大、而且还拥有大气层的星球，自然会激起人们对它的巨大兴趣。

2004年，“卡西尼号”探测器到达了土星附近，当时它还携带了一个用于探测木卫六的“惠更斯号”子探测器，这个子探测器于2005年初，穿过土卫六厚厚的大气层，成功地降落到了土卫六的表面。“惠更斯号”发回来的照片显示，它降落的地点是一个空旷的区域，上面布满了大大小小的石块，看起来地表很潮湿，似乎是一个不久前还有大水流过的河床。惠更斯当年发现土卫六时，曾经猜想土卫六上有水、有河流、还有云彩。那么土卫六上究竟是否有液态水呢？由于土卫六远离太阳，它的表面温度通常在摄氏零下180度左右，这样低的温度，是不会有液态水的。那么土卫六的表面为什么看起来那么潮湿呢？科学家经过一番研究以后认为，土卫六上的确有“液态水”，但这种“水”非地球上我们通常所碰到的水（H₂O），它是液态的甲烷(CH₄)。甲烷在常温下为气态，但是在常压下，当温度降低到摄氏零下161.5度时，它就成了液体。

在土卫六的大气层中含有少量的甲烷，如同地球上的大气圈一样，土卫六上也经常有刮风下雨的时候，不过下的是甲烷雨。对“惠更斯号”发回来的各种照片和数据进行分析以后，科学家认为，土卫六上没有原先所想象的那种全球性的甲烷海洋，但在土卫六的两极地区有规模较大的甲烷海，那海里除了甲烷，也许还有乙烷、丙烷及乙炔等碳氢化合物。据估计，土卫六上这些碳氢化合物的总量，是地球上的石油及天然气总量的数十倍。

在这些广阔的甲烷海洋里，是否有生命存在呢？科学家对此怀有极大的兴趣。如果那里也有某种生命体，那么，它们也许和我们地球上的生物有着巨大的差别。真相如何，有待我们科学家进一步的探测和研究。

土星另一颗引起人们注意的卫星是土卫二，它的直径不大，仅为500千米，土卫二是土星的第六大卫星。它是英国科学家威廉·赫歇尔在1789年发现的。 这是一颗被坚固冰壳包裹着的星球，它的表面比较平整，因此，土卫二对光线的反射率极高，它是太阳系中最明亮的一颗卫星。这颗个头不大的卫星之所以引起我们的注意，是由于“卡西尼号”的一个惊人发现。“卡西尼号”在掠过土卫二时拍下来的一些照片显示，在土卫二的南极有一些巨大的喷泉，它们在不断地向外喷发水蒸气和一些颗粒物，这些喷射物的高度可达数百千米。

土卫二是外太阳系中，迄今为止已观测到存在地质喷发活动的三个星球之一（另外两个分别是木卫一和海卫一）。科学家经过分析以后认为，喷射的物质主要是星球表面以下的液态水，其中还夹杂着一些甲烷、丙烷及乙炔等有机化合物。这些喷泉的存在表明，在土卫二的内部有一个强大的热源。这个热源究竟是如何产生的呢？科学家认为，可能是土星的潮汐力和某种放射性物质衰变放热共同作用的结果。正是由于这个热源的存在，使土卫二的表面冰层以下，存在着一个充满液态水的海洋。当由于某种原因，表面的冰层产生裂缝时，其内部这些处于高压下的液态水就会从裂缝中喷涌而出，形成喷泉。

2017年4月14日，美国国家航空航天局（NASA）在华盛顿总部的詹姆斯·韦伯礼堂召开新闻发布会，发言人在会上声称：通过长期的探测和研究表明，木卫二和土卫二上具备生命所需要的各种元素，那里具有发现某种生命的潜力。看来，科学家对这两颗卫星青睐有加，在寻找地外生命方面对它们寄予了极大的希望。在那两颗星球上温暖的海洋里会有生命吗？我们期待着今后在这方面能有重大的发现。

（未完待续）