上世紀(jì)90年代，我們所掌握的天文學(xué)知識里太陽系還是九大行星，月球和地球同時誕生，它是地球唯一的天然衛(wèi)星，黑洞和系外行星還存在于科幻小說中，類星體還是那么遙遠(yuǎn)、不可琢磨的神秘天體……
然而這一切在進(jìn)入21世紀(jì)都發(fā)生改變，高冷學(xué)霸NASA從默默無聞忽然成了網(wǎng)紅，ESO、ESA也不甘寂寞，經(jīng)常適時發(fā)布一些驚人消息。所有這些有賴于技術(shù)的進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
1997年，明亮的海爾波普彗星（ Comet Hale-Bopp ，圖1）點(diǎn)燃了公眾對天文觀測的熱情，這顆漂亮的大彗星在接近19個月的時間里一直出現(xiàn)在公眾的視野當(dāng)中。資深天文愛好者一直把它護(hù)送到木星軌道之外。我印象里，那段時間各種天文望遠(yuǎn)鏡的廣告充斥在熱銷雜志上。
還記得我們上學(xué)的時候?qū)W過很多天文學(xué)知識么？太陽系有9大行星，月球和地球是同時形成的，月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，黑洞是科幻小說里的橋段。然而最近一系列的發(fā)現(xiàn)推翻了我們的天文學(xué)認(rèn)知。
月球的起源
在20年以前，主流的天文學(xué)教科書上都認(rèn)為月球最有可能是和地球在太陽系早期同時形成的。然而從月球帶回來的巖土標(biāo)本卻發(fā)現(xiàn)其成分和地球差異比較大。其物質(zhì)密度和地球地殼、地幔的類似，但是小于地核。因此有人提出月球是從地球表面分裂出去的假設(shè)。這種假設(shè)一開始過于大膽和激進(jìn)，支持者不多。但是隨著進(jìn)一步的研究，特別是通過計算機(jī)的模擬，現(xiàn)在天文學(xué)的主流觀點(diǎn)是，月球相當(dāng)可能是從地球分裂出去的。而造成這一切的原因是，一顆比火星還要小一些的行星撞擊了地球，這次撞擊使得這顆行星和原先的地球融為一體，并且拋出的物質(zhì)形成了月球。
月球兩極有冰的存在
月球以前認(rèn)為是干旱荒涼的，但是天文學(xué)家一直懷疑，在月球兩極某些陽光照射不到的地區(qū)可能存在冰。為了證實(shí)這個想法，人類多次利用飛行器撞擊月球兩極，并且對飛濺的物質(zhì)進(jìn)行探測。然而即便這樣，也很不容易發(fā)現(xiàn)這些冰。不過LCROSS探測器于2009年的撞擊最終確認(rèn)了水冰的存在！
地球的準(zhǔn)衛(wèi)星
眾所周知，地球只有一顆天然衛(wèi)星，月球。然而我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了地球擁有幾顆準(zhǔn)衛(wèi)星，所謂準(zhǔn)衛(wèi)星，就是指以地球?yàn)閰⒖枷?，它們圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。但是以太陽為參考系，其實(shí)它們是和地球處在相同軌道上的特殊天體。
冥王星降級
冥王星，或被稱為134340號小行星，是太陽系中第十二大的圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的天體。它于1930年1月被發(fā)現(xiàn)，并以羅馬神話中的冥王普路托（Pluto）命名，中文意譯為冥王星。一開始，它被認(rèn)為是太陽系中的一顆大行星，但是在2006年8月24日于布拉格舉行的第26屆國際天文聯(lián)會中通過第五號決議，將冥王星劃為矮行星（dwarf planet）。從此太陽系只有八大行星！
將冥王星“開除”出行星行列，這一決定當(dāng)時在天文學(xué)界引發(fā)了軒然大波。時至今日，許多業(yè)余天文愛好者仍在他們的望遠(yuǎn)鏡上綁上黑紗，以紀(jì)念這一“黑暗時刻”。
火星上發(fā)現(xiàn)了流動的水
在最近的20年里，火星逐步取代了月球成為人類觀測的重點(diǎn)。為什么火星那么引起重視呢，因?yàn)樗徽J(rèn)為是人類除了月球以外最容易登陸的天體，也是一個經(jīng)過改造以后最有可能適合人生存的行星。美國相繼發(fā)射了勇氣號、機(jī)遇號、好奇號探測器，并且成功著陸，我國也在加緊開展火星的探索。特別是人類在2015年發(fā)現(xiàn)了流動的水。需要指出的是，天文學(xué)家很早就知道火星上存在過水，以及以冰的形式目前還有水。但是發(fā)現(xiàn)液態(tài)的水卻是最近的成果。
火星上的水去了哪里，目前流行的觀點(diǎn)是，因?yàn)榛鹦潜鹊厍蛐〉枚?。所以火星在漫長的時間里內(nèi)核逐步冷卻，巖漿凝固成巖石。缺少了流動巖漿的火星失去了磁場。而缺少磁場，火星的大氣層無法得到保護(hù)，火星的大氣逐步被太陽風(fēng)吹走，失去了大氣層的火星，也就逐步失去了水。
卡西尼
卡西尼號（Cassini，圖2）是卡西尼惠更斯號探測器的一個組成部分。它是美國宇航局、歐空局和意大利宇航局共同的合作項(xiàng)目，主要目的是對土星系統(tǒng)進(jìn)行空間探測，對土星及其大氣、光環(huán)、衛(wèi)星和磁場進(jìn)行深入考察。
它于1997年10月發(fā)射，借助引力彈弓，經(jīng)過6年8個月，35億公里的漫長飛行，于北京時間2004年7月1日12時12分按計劃順利進(jìn)入環(huán)繞土星的軌道，開始對土星大氣、光環(huán)和衛(wèi)星進(jìn)行歷時4年的科學(xué)考察。
北京時間2017年9月15日，卡西尼號土星探測器燃料將盡，科學(xué)家控制其向土星墜毀，北京時間19:55，卡西尼號與地球失去聯(lián)系，它進(jìn)入土星大氣層燃燒成為土星的一部分。
卡西尼展現(xiàn)給人類一個全新的土星，土星上的六角形風(fēng)暴、土衛(wèi)六上的微型尼羅河、土衛(wèi)二的冰霧噴泉，而惠更斯號探測器穿過土衛(wèi)六大氣層降落在土衛(wèi)六表面。不僅開創(chuàng)了人類探測器著陸的最遠(yuǎn)記錄，也讓科學(xué)家大開眼界，在僅僅一個周末的時間內(nèi)，科學(xué)家改變了過去的看法，推翻了從地基觀測站和哈勃望遠(yuǎn)鏡所觀測到的一些數(shù)據(jù)資料。
卡西尼和惠更斯發(fā)回的照片展示了土星環(huán)的精密構(gòu)造，并且揭示了土星環(huán)附近的衛(wèi)星是如何對土星環(huán)形成引力共振的。卡西尼號探測器還探測了土星的衛(wèi)星，其中土星最大的衛(wèi)星——土衛(wèi)六（泰坦）被認(rèn)為和地球早期的環(huán)境類似，擁有大氣和甲烷的海洋，而很有可能孕育出低級的生命。
圖3，發(fā)射綜合體40：第二顆泰坦IVB/Centaur（型號401），搭在卡西尼/惠更斯號。在卡納維拉爾角航空站的40號發(fā)射場，移動服務(wù)塔已經(jīng)從搭載“卡西尼”號宇宙飛船的泰坦IVB/Centaur上收回，這是發(fā)射倒計時過程中的一個重要里程碑。由于地面支持設(shè)備的一些小問題，該建筑比計劃推遲了大約一個小時。運(yùn)載火箭，卡西尼號宇宙飛船和附在半人馬座上的載荷整流罩，總共約183英尺高，安裝在運(yùn)載火箭底部的是兩個升級的固體火箭發(fā)動機(jī)。
圖4，2010年1月2日卡西尼號在土星軌道上拍攝的照片。在這幅圖中，行星夜晚一側(cè)的光環(huán)被顯著地照亮，更清晰地展示了它們的特征。在白天，土星環(huán)既被陽光直射，也被土星云層頂部反射的光線照亮。這張自然色的圖片是由卡西尼號宇宙飛船的窄角照相機(jī)在距離土星230萬公里的可見光下拍攝的圖像合成的。
圖5，2005年1月14日惠更斯號探測器拍攝的土衛(wèi)六表面圖像。
圖6，2005年2月16日，卡西尼號飛船在近距離飛越土星衛(wèi)星土衛(wèi)二時，用窄角相機(jī)拍攝了四幅高分辨率的圖像。
這顆土星衛(wèi)星直徑約300公里，顯示了無數(shù)的斷層、裂縫、褶皺、凹槽和火山口，這讓行星科學(xué)家對這顆衛(wèi)星格外感興趣。20多年前，NASA的旅行者號（Voyager）宇宙飛船給出了地表被構(gòu)造特征切割的線索，隨后拍攝的其他冰凍衛(wèi)星的圖像揭示了應(yīng)力以多種不同的方式作用于冰冷的月球外殼。
圖7，卡西尼號提供了土星環(huán)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充信息。窄角和廣角相機(jī)在電磁波譜的可見區(qū)域提供圖像，就像數(shù)碼相機(jī)一樣。這些圖像提供了關(guān)于環(huán)結(jié)構(gòu)如何隨著距離行星和赤道圓周圍位置的不同而不同的信息。然而，分辨率通常限制在幾公里以內(nèi)。
圖8，這些由卡西尼號拍攝的自然彩色照片對比了2013年6月和2017年4月土星北極地區(qū)的外觀變化。在這兩幅圖中，土星的極地六邊形都占據(jù)了主導(dǎo)地位。這一對比清楚地顯示了這一區(qū)域的顏色在這兩幅圖之間的變化，這兩幅圖代表了土星北半球春季的后半段。
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