土星及其固态光环是什么？

夜空中的土星及其光环呈现出的宛如宝石般的明亮令人难以忘怀。伽利略第一个看到这一奇异的突出，后来证明是土星的光环，他苦苦思考它们究竟是什么。1612年，他写信给朋友说：“我的理解力不够，再加上害怕出错，使我对此倍感困惑。”实际上直到先驱者11号和两艘旅行者太空船送回特写图片，即使最强大的天文望远镜也无法为我们解开其错综复杂的结构。

我们在1979年从先驱者号知道，土星非常之冷，冷到-279下，在光环处甚至冷到-328°F，这一现象支持土星光环基本上是由冰组成的理论。先驱者号从土星及其最大的卫星土卫六拍摄的照片虽然比较模糊，但是它们为后来的从旅行者1号和旅行者2号拍摄更新鲜、更贴近的图像做好了准备。

透过遥远的旅行者号眼睛，科学家看到的是一个色彩平淡的行星，与木星相比差远了。土星更为寒冷，这与其不同的内在机制和不同的化学反应有关。两艘旅行者号还让科学家第一次近距离看到土星的大气带和其中的湍流。它们测量到的土星上的风速达到1118英里每小时，比木星上发现的风速快四倍。再有，旅行者号证实，土星这颗巨大的多环行星产生的能量比它从太阳接收的能量多出差不多两倍，相当于1亿个大型发电站。

再有，土星光环隐藏着大量让人吃惊的事情。这些由旋转着的固态冰状物质组成的区域原来比先前想象的还要复杂。那里并不只是天文学家从地球看到的三个环，而是一个复杂且经常变化的系统，这个系统是由成千上万相互作用的小环组成的。光环系统的直径约为249000英里，由数以百万计的冰和雪的微小粒子组成。当领头卫星靠近光环时还使得光环结构产生扭曲现象，甚至绞成“麻花”状，尘埃那辐射状的排列看上去就像是从行星发出穿过光环的轮辐。

在土星九个已知的卫星中，最有意思的是土卫六，已经知道它是“大气型”的，因为从地球上观测，这一冰状世界具有一个由甲烷组成的大气，也许还可能存在碳氢化合物。土卫六比水星还要大，看来像是有可能曾在遥远的过去孕育过某种生命形式的样子。旅行者号发回的信息更为有趣：土卫六的大气比地球稠密一倍半，大多数是氮，只有一小部分甲烷。在旅行者号之前，人们认为地球是太阳系中唯一的情况，它的大气主要由氮组成。但实际上，土卫六的氮是地球的十倍。遗憾的是，稠密大气里的化学反应往往会产生一种类似于浓雾的状态，使土卫六表面无法被旅行者号的照相机看见，因此这颗卫星至今还有很多未知之谜。

在土卫六表面的“雾”里，以及“雾”的下面情况如何呢？由于氮一般是一种清澈的气体，大气大多由氮组成，那么，是什么构成“雾”的呢？当然，写科幻作品可以不管这些，但是科学家必须严肃地思考，烟雾会不会是某种有机雾气，其中是否也在发生几十亿年前的地球大气中曾发生过的类似化学反应。这些问题激起了如此巨大的兴趣，以至于好几个国家的太空计划，其中包括欧洲宇航局和美国宇航局，合作进行一项太空飞行任务，名字叫卡西尼/惠更斯，1997年发射升空，2004年到达土星。到达以后，惠更斯探测器将穿过土卫六的大气层，试图回答某些问题。与此同时，卡西尼探测器围绕土星旋转，详细研究这颗行星、它的光环和卫星（卫星的数目至少有31个）。