土衛2

簡介

土衛二（Enceladus）是土星的第六大衛星， 于1789年被威廉·赫歇爾所發現。 在旅行者號于1980年代探測土星之前，人們只知道土衛二是一個被冰覆蓋的衛星。旅行者號顯示土衛二直徑約為500公里（相當于土星大的衛星土衛六直徑的十分之一），而且其表面幾乎能反射百分之百的陽光。旅行者1號發現土衛二的軌道位于土星E環稠密的部分，表明兩者之間可能存在某種聯系；而旅行者2號則發現：盡管該衛星體積不大，但是在其表面既存在古老的撞擊坑構造，又存在較為年輕的、地質活動所造成的扭曲地形構造——其中一些地區的地質年代甚至只有1億年。

為了探索土衛二，美國宇航局于二十世紀末發射卡西尼號太空船，并于二十一世紀初抵達土星附近，為科學研究提供了大量的數據。探究表明，土衛二是外太陽系中迄今為止觀測到存在地質噴發活動的三個星體之一（另外兩個分別是木衛一和海衛一）。分析認為噴射的物質是星體表面以下的液態水；同時，在噴射的羽狀物中亦發現了奇特的化學成分，因此土衛二也被認為是天體生物學的重要研究對象。 2015年3月，東京大學、日本海洋研究開發機構等與歐美的國際團隊一道，在土衛二上發現存在熱水的環境。這是人類首次在太陽系中發現存在于地球之外的可供生命存在的環境。

2017年4月14日，北京時間凌晨2點，美國國家航空航天局（NASA）在華盛頓總部的詹姆斯·韋伯禮堂召開新聞發布會，宣布土衛二上具備生命所需的所有元素，而情況相似的木衛二同樣有潛力。

探索歷史

1789年8月28日，威廉·赫歇爾在第一次使用他的1.2米望遠鏡（當時世界上直徑大的望遠鏡）時發現了土衛二其實在1787年，赫歇爾就已經通過他的16.5厘米望遠鏡觀測到這顆衛星，只是當時未得到確認。由于土衛二糟糕的視星等（高達11.7等），同時它又靠近明亮得多的土星及其光環，從地球上很難觀測到這顆衛星，只有通過透鏡直徑達15-30厘米的望遠鏡才能觀測到，這還取決于當時當地的大氣狀況和光污染程度。作為太空時代之前發現的眾多土星衛星之一，土衛二的最佳觀測時間是在環面穿越時期，此時土星環垂直于地球運行點的切線在地球上只能觀測到一條細線，土星環的亮度大為降低，故為觀測土衛二的最佳時機。

直到旅行者號計劃實施后，對土衛二的觀測才得到顯著改善，而之前科學家所掌握的資料僅僅包括了該衛星的軌道特征及對其質量、密度和反照率的約略估計。

兩艘旅行者飛船獲得了第一組土衛二的特寫鏡頭，其中旅行者1號是第一艘與土衛二擦肩而過的人造飛行器它于1980年11月11日在距土衛二20萬2千公里處掠過。 盡管在這個距離上獲得的影像資料分辨率較低，但是仍然顯示土衛二擁有一個高反照率并缺乏撞擊坑的地表，這表明該衛星地表的地質年齡較低。旅行者1號亦證實土衛二的運行軌道恰好位于土星E環的稠密處；結合土衛二的年輕地表分析，參與旅行者飛船計劃的科學家認為E環由土衛二地表所噴射出的顆粒組成的。旅行者2號于1981年8月26日在距土衛二8萬7010公里處飛掠而過，從而獲得了關于這顆衛星更為清晰的影像資料，這些資料展示了這顆衛星年輕地表的諸多特征，也表明在這顆衛星的不同地區，其地質年齡存在極大不同。在該衛星北半球中、高緯度地區，存在著大量的撞擊坑，而在靠近赤道的地區，撞擊坑的分布則相對較少。這種多樣性的地貌特征與地質年齡古老、撞擊坑眾多的土衛一（該衛星較土衛二稍小）形成了鮮明對比。這種年輕地貌的發現在科學界引起了很大轟動——當時還沒有任何理論可以解釋為何一顆體積如此之小的天體（相較于暴烈的木衛一，它已經處于冷卻狀態）依然存在著地質活動。不過，旅行者2號的觀測數據并不能證明土衛二現階段是否仍存在地質活動，也無法確認該衛星是否就是E環物質的來源地。

這些謎團直到2004年7月1日卡西尼號太空船進入環土星軌道后才得以解決。在旅行者2號觀測結果的基礎上土衛二成為了卡西尼號飛船計劃的一個優先觀測目標。卡西尼號在1500公里范圍內數次有目的性的飛掠，及在10萬公里范圍內眾多非目的性的飛掠提供了大量的觀測資料。迄今為止，卡西尼號共進行了4次近距離的飛掠，獲得了眾多關于土衛二表面的意義重大的信息，并發現了衛星南極地區發生的含有水蒸氣和復雜碳氫化合物的噴射現象這些發現也促使卡西尼號的飛行軌道做出改變，對土衛二實施更近距離的飛掠，其中包括2008年3月的一次近距離相遇。在該次相遇中，卡西尼號對土衛二進行了精度達到52公里以內的探測。2008年至2010年間卡西尼號的后續任務包括了7次對土衛二的近距離飛掠，其中2008年下半年的兩次飛掠距離近達50公里，卡西尼號在土衛二上的發現推動了數項研究計劃的跟進。2007年，美國國家航空航天局完成了一項向土衛二發射軌道飛行器并詳細研究南極地區羽狀噴射物的計劃的概念性研究，遺憾的是該計劃未得到進一步實施。歐洲空間局也計劃向土衛二發射探測器，該計劃將與土衛六的研究計劃共同實施。

“土衛六-土星計劃”是美國國家航空航天局和歐洲空間局聯合提出的一項旨在探測土星系衛星（包括土衛二）的計劃，與之相競爭的則是“木衛二-木星計劃”。2009年2月，美國國家航空航天局和歐洲空間局宣布將優先實施木衛二-木星計劃，同時也將繼續研究土衛六-土星計劃的可行性擇機實施。

二十世紀末發射，并于二十一世紀初抵達土星附近的卡西尼號太空船則提供了大量的數據，解開了旅行者探訪之后留下的諸多疑團。在2005年，卡西尼飛船數次近距離掠過土衛二獲得了該衛星表面及其環境的大量數據特別是發現了從該衛星南極地區噴射出的富含水分的羽狀物。該發現以及可探測到的逃逸內能的存在、南極地區極少存在撞擊坑的情況，共同證明了土衛二至今仍然存在地質活動在巨行星的衛星系統中許多衛星都會成為軌道共振的犧牲品這會導致星體震動和軌道的擾動，而對于更加靠近行星的衛星，潮汐效應則會加熱行星的內部這或許可以解釋土衛二的地質活動。

2017年，“卡西尼”號傳回的數據顯示，土衛二表面冰層下噴出的水氣羽流中含有大量氫分子，研究人員推測，這源于土衛二的海洋與巖石內核產生的熱液反應。若推測無誤，土衛二的海洋可能也存在孕育生命的重要化學物質甲烷。

衛星命名

土衛二（恩克拉多斯）以希臘神話中的巨人恩克拉多斯命名。該名字及其他六顆第一批被發現的土星衛星的名稱都由威廉·赫歇爾的兒子約翰·赫歇爾在其1847年出版的《在好望角天文觀測的結果》（Results of Astronomical Observations made at the Cape of Good Hope）中率先提出。如此命名的理由是：土星所代表的農神薩圖爾努斯即為希臘神話中泰坦族的領袖克羅諾斯。

國際天文學聯合會以阿拉伯文學作品《一千零一夜》中的人名和地名命名土衛二的地表構造。其中撞擊坑以人物命名，其他地質結構如深谷、山脊、平原和槽溝則以地點命名。迄今為止國際天文聯合會共正式命名了57處地質結構，另有22處于1982年為旅行者號所發現的地質結構亦得到了命名，此外，對2005年卡西尼號在其三次飛掠中發現的35處地質結構的命名也于2006年11月獲得了認可。這些被認可的命名包括了撒馬爾罕槽溝，阿拉丁隕石坑和錫蘭平原等。