土星大气发现神秘粒子

土星环由旋转的冰和灰尘组成。资料来源:美国航天局

据我们的记者报道，美国宇航局的卡西尼号探测器继续产生惊人的发现。早在一个多月前，探测器在任务完成后就在土星的大气层中被烧毁了。卡西尼号探测器的新数据显示，土星壮丽的光环正在将微小的尘埃粒子注入行星的高层大气，形成一种复杂而意想不到的化学混合物。

卡西尼号探测器上的质谱仪检测到了这种奇怪的化学物质——探测器已经在土星和土星环之间盘旋了五个月了。

马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家马克·佩里说:“我们真的中奖了。”10月17日，他在犹他州普罗沃市举行的美国天文学会行星科学部会议上报告了这一发现。

该项目的科学家曾希望卡西尼号探测器的质谱仪能够发现土星和土星环之间的水分子特征。在20世纪70年代和80年代，美国宇航局的先锋号和旅行者号探测器在土星高层大气中发现的带电粒子比预期的要少。基于这些数据，研究人员在1984年提出，从土星环中分离出来的水分子——主要以冰的形式——可以作为催化剂将带电粒子从大气中分离出来。卡西尼号探测器的最后几个月给了科学家们第一次直接测试这个想法的机会。

但是吸引卡西尼小组的并不是突如其来的水。质谱仪数据显示，化学物质像精灵一样存在，包括甲烷，可能是一氧化碳和更复杂的分子。这些化学物质的浓度在土星赤道和高海拔地区最高，表明这些物质正在从土星环上脱落。

卡西尼号探测器越深入土星大气层，测量结果就越奇怪。佩里告诉与会者，卡西尼号探测器在最近的距离掠过土星表面，揭示了大量的重分子。科学家们还没有确定每个分子的类型，但是显然除了水还有许多其他分子。

通过分析可能从土星环上脱落的物质类型，佩里的团队得出结论，这些碎片一定是微小尘埃颗粒的碎片，它们只有1到10纳米大，但相对较重。当这些粒子从土星环上掉落并撞上卡西尼号探测器的质谱仪时，它们被粉碎成小块。

这些粒子是如何从土星环漂移到大气中的还有待观察。"我们有许多工作要做，以了解他们是如何到达那里的。"佩里说，“没有一个模型能预测到这一点。”

在这些最后的潜水中，卡西尼号探测器沿着土星的引力被拉动，并以每秒30公里的速度加速，超过质谱仪设计所能承受速度的四倍。"这些速度比以往任何时候都要高。"Linda Spilker说他是加利福尼亚帕萨迪纳喷气推进实验室的行星科学家，也是卡西尼项目的科学家。

以如此巨大的速度，任何被卡西尼号探测器撞击的物体都会分裂成碎片。

今年9月15日凌晨4点55分，数百名科学家目睹了卡西尼号探测器在火焰中的涅磐。卡西尼号探测器在土星大气中解体，以防止探测器污染土星的卫星，包括可能有生命迹象的土卫六和土卫二。

卡西尼号探测器于1997年10月15日发射。它沿途访问了金星、地球、月球、小行星和木星，并于2004年抵达土星轨道。在过去的20年里，卡西尼号的探索任务极大地更新了人类对土星的认识，包括它的复杂光环、各种类型的卫星和磁场环境。它取得了一系列重大发现，例如在土卫六上存在一个全球海洋，在土卫六上存在一个液态甲烷海洋，以及在土卫六发射的羽流中探测到氢。

在土星的13年中，卡西尼号探测器发回了大量数据，仅图像就有近40万张。基于这一信息，科学家已经发表了大约4000篇科学论文。基于这些信息，美国国家航空航天局还为未来十年的木卫二和其他太空探索项目设计了一个探测器项目。

尽管卡西尼号探测器已经完成了它的使命，科学家们说将来仍有可能做出重大发现。例如，来自探测器的数据将有助于确定土星环的实际年龄及其磁场的持久性。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2017-10-25，第二版国际)