搭載質譜的“卡西尼”號探測器發現土星大氣神秘粒子

　　美國宇航局（NASA）的“卡西尼”號探測器還在繼續產生著令人驚訝的發現，而早在一個多月前，這架探測器已經在任務結束后于土星大氣中燒毀。來自“卡西尼”號探測器的新數據表明，土星的宏偉光環正在將微小的塵埃顆粒注入到行星的上層大氣中，從而形成了一種復雜且意想不到的化學混合物。

　　“卡西尼”號探測器上的一臺質譜儀檢測到這種奇特的化學物質——該探測器在最后的5個月里一直在土星和土星環之間環繞飛行。

　　馬里蘭州勞雷爾市約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室行星科學家Mark Perry說：“我們真的是中頭彩了。”10月17日，他在猶他州普羅沃市召開的美國天文學會行星科學分部的一次會議上報告了這一發現。

　　該項目科學家曾希望“卡西尼”號探測器的質譜儀能夠在土星和土星環之間發現水分子的特征。在上世紀七八十年代，NASA的先驅者號探測器和旅行者號探測器在土星的最上層大氣中發現了比預期更少的帶電粒子。在這些數據的基礎上，研究人員在1984年提出，脫離土星環的水分子——主要以冰的形式——起到催化劑的作用，將帶電粒子從大氣中分離出來。“卡西尼”號探測器的最后幾個月給了科學家們第一次直接測試這個想法的機會。

　　但吸引卡西尼團隊的并不是突然出現的水的證據。質譜儀的數據揭示了一個巫師般存在的化學物質，其中包括甲烷，這種分子可能是一氧化碳和更復雜的分子。這些化學物質的濃度在土星的赤道和高海拔地區是最大的，這表明這些物質正在從土星環中脫落。

　　“卡西尼”號探測器進入土星大氣層的深度越深，測量值就愈發奇怪。Perry對與會者說，“卡西尼”號探測器以最近距離掠過土星表面揭示了大量的重分子。科學家還沒有確定每種分子的類型，但很明顯，除了水之外，還有很多其他分子。

　　通過分析可能從土星環上脫落的物質的類型，Perry的研究小組得出結論，這些碎片必定是微小的塵埃顆粒的片段，這些顆粒的尺寸僅為1至10納米，但相對較重。當這些粒子從土星環上落下并撞擊“卡西尼”號探測器的質譜儀時，它們被粉碎成小碎片。

　　這些粒子究竟是如何從土星環飄落到大氣層的還有待觀察。“我們有很多工作要做，以了解它們是如何到達那里的。”Perry說，“沒有一個模型能預測到這一點。”

　　在這些最后的俯沖過程中，“卡西尼”號探測器沿著土星的引力牽引，以每秒鐘30公里的速度加速，這一速度超過了質譜儀設計所能承受的4倍之多。“這些速度比它所經歷的任何時刻都要高。”Linda Spilker說，他是加利福尼亞州帕薩迪納市噴氣推進實驗室的行星科學家，也是卡西尼項目科學家。

　　在如此巨大的速度下，“卡西尼”號探測器所撞擊的任何東西都會分裂成碎片。

　　今年9月15日凌晨4時55分，數百名科學家見證了“卡西尼”號探測器在火焰中涅槃。“卡西尼”號探測器在土星的大氣層中解體，這樣做是為了防止探測器污染土星的衛星，包括土衛六和土衛二，這些衛星上可能存在生命跡象。

　　“卡西尼”號探測器1997年10月15日發射升空，沿途造訪過金星、地球、月球、小行星和木星，并于2004年抵達環土星軌道。近20年間，“卡西尼”探測任務大幅刷新了人類對土星的認識，包括它的復雜光環、類型多樣的衛星體以及磁場環境等。它曾獲得一系列重大發現，如土衛二存在全球性海洋、土衛六上存在液態甲烷海洋、在土衛二噴出的羽流中探測到氫等。

　　與土星相伴的13年間，“卡西尼”號探測器曾發回大量數據資料，僅圖像就差不多40萬張。科學家依據這些信息，已發表了約4000篇科學論文。NASA還依據這些信息設計了前往木衛二的探測計劃，以及未來十年間的其他太空探測項目。

　　盡管“卡西尼”號探測器已經結束了自己的使命，但科學家表示未來仍有可能帶來重大發現，例如，來自探測器的數據將有助于確定土星環的實際年齡及其磁場的持久性。