土衛(wèi)七（Hyperion）是主要的土星衛(wèi)星中的非球狀衛(wèi)星。它在偏心軌道上與土星的平均距離為150萬千米。
1848年，威廉·拉塞爾（William Lassell）發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)七。同年，威廉·邦德和他的兒子喬治·菲利普斯·邦德也獨立發(fā)現(xiàn)了該衛(wèi)星。土衛(wèi)七體積不大，最長部分僅有360千米長，但它是形狀不規(guī)則的土星衛(wèi)星中最大的一顆，也是太陽系中最大的形狀不規(guī)則天體之一。其擁有自轉(zhuǎn)混亂、表面多孔、質(zhì)量太小、引力不足等特點，并且它的多孔結(jié)構(gòu)比較松軟，因此隕石在土衛(wèi)七上留下的痕跡比砸在普通固態(tài)天體上形成的隕石坑要深一些。此外，土衛(wèi)七的密度為每立方米544千克，比水輕將近一半，這意味著它內(nèi)部的絕大部分都是多孔的。
發(fā)現(xiàn)與命名
約翰·赫歇爾（John Herschel）在他的1847年出版的《好望角天文觀測結(jié)果》中建議了土星前七顆衛(wèi)星的名字。土衛(wèi)七在不久之后的1848年9月16日被發(fā)現(xiàn)威廉·邦德發(fā)現(xiàn)，兩天后威廉·拉塞爾也獨立發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)七，并支持按約翰·赫歇爾書中建議的方案Hyperion來命名。威廉·拉塞爾還在威廉·邦德之前公布這個發(fā)現(xiàn)。
Hyperion是希臘神話中泰坦（警覺和觀察之神）的名字，常被譯為亥伯龍、海伯利安、休伯利安號。Hyperion是大地之神蓋亞（Gaia）與天空之神烏拉諾斯（天王星，天王星）的兒子，他是最早的太陽神，是太陽神赫利俄斯（Helios）的父親，是月亮神和繆斯女神之父，是泰坦克羅努斯（Cronus，在希臘神話中相當(dāng)于羅馬神話中的農(nóng)神Saturn，也就是土星）的哥哥。??土衛(wèi)七也被稱為Saturn VII。
物理特性
形狀
土衛(wèi)七最長的直徑僅有360千米，但卻是太陽系中已知高度不規(guī)則形狀（非橢球形，即不處于流體靜力平衡）的最大物體之一，僅次于海衛(wèi)八。土衛(wèi)七的質(zhì)量約為土衛(wèi)一的15%，土衛(wèi)一是已知質(zhì)量最小的橢球體。土衛(wèi)七上最大的撞擊坑直徑約為121.57千米（75.54英里），深度為10.2千米（6.3英里）。對這種不規(guī)則形狀的一種可能解釋是，土衛(wèi)七原本是一個更大星體的碎片，在遠(yuǎn)古時代受到巨大撞擊而破碎。原始土衛(wèi)七的直徑可能在350–1000千米（220–620英里）之間。據(jù)推測在大約1000年的時間里，原始土衛(wèi)七破碎產(chǎn)生的碎片會以低速撞擊土衛(wèi)六，使土衛(wèi)六大氣中充滿了各種揮發(fā)物質(zhì)。卡西尼號在2005年9月26日飛掠土衛(wèi)七時，探測器出乎預(yù)料地發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)七釋放出強烈的帶電粒子流，電壓高達200伏。土衛(wèi)七的表面很可能帶靜電，因為它沐浴在來自于太陽和土星的帶電粒子中。
組成
像大多數(shù)土星的衛(wèi)星，土衛(wèi)七的低密度表明它主要由水冰組成，只有少量巖石。土衛(wèi)七的物理成分可能類似于一堆松散堆積的瓦礫。但是，與大多數(shù)土星衛(wèi)星不同的是土衛(wèi)七較低的反照率?（0.2–0.3），說明它至少被一薄薄的深色物質(zhì)所覆蓋。這可能是來自土衛(wèi)九（那要黑得多）從土衛(wèi)八那里獲得的物質(zhì)。土衛(wèi)七比土衛(wèi)九更紅，并且與土衛(wèi)八身上深色物質(zhì)的顏色非常接近。土衛(wèi)七的孔隙率約0.46?。
表面特征
旅行者2號探測器飛掠土星系統(tǒng)時，僅在遠(yuǎn)處拍攝了土衛(wèi)七，只能辨別出獨立撞擊坑和一個巨大的山脊，但無法辨別土衛(wèi)七表面細(xì)節(jié)。卡西尼號拍攝的早期圖片顯示了土衛(wèi)七有一種不尋常的外觀，但是直到卡西尼號于2005年9月25日首次近距離飛掠土衛(wèi)七時，才充分揭示了土衛(wèi)七的奇異之處。土衛(wèi)七的表面覆蓋有深而銳利的撞擊坑邊緣使它看起來就像一塊巨大的海綿，或者一個巨大的榴蓮。包含長鏈碳和淡紅色物質(zhì)填滿每個撞擊坑的底部，并且看起來與其他土星衛(wèi)星（尤其是土衛(wèi)八）發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)非常相似。科學(xué)家認(rèn)為土衛(wèi)七不同尋常的類似海綿的外觀歸因于如此大的物體密度卻異常的低。土衛(wèi)七的低密度使其具有相當(dāng)大的多孔性，表面重力較弱。這些特征意味著撞擊物體傾向于壓實表面而不是挖掘表面，并且從表面吹走的大多數(shù)物質(zhì)永遠(yuǎn)不會返回。卡西尼號在2005年和2006年飛掠土衛(wèi)七期間獲得的最新數(shù)據(jù)分析表明，其中約有40％的體積是空的。在2007年7月，有人認(rèn)為這種孔隙率將使撞擊坑幾乎永遠(yuǎn)保持不變。新分析還證實，土衛(wèi)七主要由水冰組成，巖石很少。
地形結(jié)構(gòu)
地質(zhì)形態(tài)
土衛(wèi)七（Hyperion）是土星的較大衛(wèi)星之一，它在離土星比最大衛(wèi)星——土衛(wèi)六更遠(yuǎn)（它們的軌道半徑比約1.6）軌道上、約21.3天繞土星轉(zhuǎn)一圈。由于土衛(wèi)七軌道偏心率大（0.03）而受土星和土衛(wèi)六的引力在變化，造成它的自轉(zhuǎn)周期經(jīng)常變化，這在太陽系所有衛(wèi)星中是很特殊的。土衛(wèi)七大致近似于三軸長360×280×225公里的橢球，質(zhì)量為800萬億噸。它的形狀很不規(guī)則，這是嚴(yán)重隕擊造成的。它的表面顯得最古老，隕擊坑累累，最大隕擊坑的直徑約120公里、深10公里。其表面布滿蜂窩狀坑體，看起來像是一個巨大的榴蓮。據(jù)《新科學(xué)家》雜志近日報道，卡西尼號探測器最近在飛越土衛(wèi)七時發(fā)現(xiàn)了一種奇特的現(xiàn)象———這顆土星的衛(wèi)星并沒有一個持續(xù)不變的旋轉(zhuǎn)軸線。在“卡西尼”號之前，旅行者號探測器也曾拍攝過20余幅土衛(wèi)七的照片，不過由于距離太遠(yuǎn)，當(dāng)時科學(xué)家們未能從中發(fā)現(xiàn)該衛(wèi)星的獨特運行形態(tài)。
形成
天文學(xué)家們到目前仍不清楚，土衛(wèi)七是否是其他某一天體遺留下的殘骸。在學(xué)者們看來，土衛(wèi)七就像是太陽系中最大的一塊“宇宙碎片”，不過，由于其附近缺乏其他零碎的“細(xì)節(jié)”，現(xiàn)在還無法弄清楚其到底是如何形成的。這顆長度為360千米、厚度約225千米的衛(wèi)星上布滿了大小不等的隕石坑，照射到其表面的陽光中只有四分之一會被反射回宇宙空間，因此其亮度較低，很難從地球上對其進行精確觀測。
外形
從土衛(wèi)七的外形上看，它只有在兩個方向上可以保持穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（物理學(xué)家們將這種形狀的物體稱為不對稱回轉(zhuǎn)體）。然而，由于受到太陽系各大行星和土星其他衛(wèi)星的影響，土衛(wèi)七的旋轉(zhuǎn)極不規(guī)則，因此很難預(yù)測其上何時會是“白天”，何時是“夜晚”。
氣體成分
發(fā)現(xiàn)
卡西尼號從土衛(wèi)七近旁飛過，首次揭示土衛(wèi)七的表面細(xì)節(jié)，顯示出在杯狀的隕擊坑內(nèi)填充有碳?xì)?/a>。這可以表明，在我們的太陽系更廣泛地存在著生命所需的基本化合物。
在卡西尼號飛船拍攝的土衛(wèi)七圖像上，疊加兩部分區(qū)域的物質(zhì)成分圖。藍(lán)色表示最暴露的水冰。紅色表示“干冰”（即，二氧化碳冰）。品紅色表示水加二氧化碳混合。黃色為二氧化碳與未證認(rèn)物質(zhì)混合。
卡西尼飛船在2005年9月從土衛(wèi)七近旁飛過時，用多種儀器探測它的秘密，拍攝到其表面的隕擊坑等特征，發(fā)現(xiàn)了水冰和干冰及有碳?xì)浠衔锕庾V特征的暗物質(zhì)，繪制表面物質(zhì)分布圖。
行星科學(xué)家柯雷薩恩克（Dale Cruikshank）說，特別有趣的是土衛(wèi)七上存在碳?xì)浠衔铩Ｔ?a href="/hebeideji/7207653258973249547.html">彗星、隕石和銀河系的塵埃中都發(fā)現(xiàn)有碳和氫原子的化合物。這些分子摻合到冰中和暴露于紫外光下，就形成有生物意義的新分子。但這不就意味找到了生命，而是進一步指明，宇宙中廣泛地存在著生命所需的基本化合物。
卡西尼號飛船上的紫外、可見光和紅外攝像光譜儀拍攝了土衛(wèi)七表面細(xì)節(jié)，可以繪制礦物和化學(xué)特征分布圖，證實了以前從地球上觀測土衛(wèi)七存在凍結(jié)水的發(fā)現(xiàn)。而且又發(fā)現(xiàn)干冰跟普通水冰以非預(yù)料方式的混合。在土衛(wèi)七表面最亮區(qū)域的像顯示跟地球上類似結(jié)晶的凍結(jié)水。柯雷薩恩克解釋說，土衛(wèi)七表面的冰是凍結(jié)水與有機化合物塵埃的混合物，而干冰也很顯著。
飛船探測土星的其它衛(wèi)星以及木星的衛(wèi)星——木衛(wèi)三和木衛(wèi)四都說明，二氧化碳分子是“復(fù)雜的”，或以多種方式附著于其它表面物質(zhì)。柯雷薩恩克說，我們以為普通二氧化碳要很長時間才從土星的衛(wèi)星表面蒸發(fā)，但當(dāng)它們附著于其它分子時就更穩(wěn)定得多。
卡西尼飛船科學(xué)家韓德里克斯（Amanda Hendrix）說，飛越土衛(wèi)七更顯示卡西尼飛船的多波段儀器的能力，這是第一次對土衛(wèi)七進行紫外探測，告訴我們這顆迷惑衛(wèi)星的化學(xué)差異。
研究
科學(xué)家還介紹說，土衛(wèi)七上有冰凍水與此前地面觀測的結(jié)果是一致的。新觀測進一步發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)七冰凍水雖然像地球上的冰凍水一樣呈晶體形態(tài)，但大多與有機粉塵混合形成“臟冰”，而且干冰與“臟冰”以一種奇特的方式混雜在一起。
土衛(wèi)七上干冰的成分也不純，其二氧化碳分子以某種化學(xué)組合方式與其他分子結(jié)合在一起。此前對土星其他衛(wèi)星以及木星衛(wèi)星的探測也發(fā)現(xiàn)，這些衛(wèi)星上的二氧化碳分子的確不純，很多都與衛(wèi)星表面的其他物質(zhì)以不同方式相結(jié)合。克魯斯?jié)h克認(rèn)為，與其他分子相依附可能使二氧化碳分子更加穩(wěn)定，否則在土衛(wèi)七長時期的演進過程中，二氧化碳分子可能早就蒸發(fā)盡了。科學(xué)家認(rèn)為，對土衛(wèi)七表面成分的新分析結(jié)果將有助于理解這顆土星衛(wèi)星的起源以及在長達45億年中的演進歷程。
生命物質(zhì)
探索
美國航空航天局科學(xué)家們利用卡西尼號探測器對土衛(wèi)七進行了一次探測，并拍攝了相關(guān)的照片，探測結(jié)果顯示，土衛(wèi)七表面充滿了孔洞，看上去就像一塊“海綿”，這些孔洞中可能還含有碳?xì)浠衔铮@一發(fā)現(xiàn)預(yù)示著銀河系中廣泛存在生命所需的化學(xué)物質(zhì)。
來自科內(nèi)爾大學(xué)無線電物理及太空研究中心的科學(xué)家彼得·托馬斯和他的同事們在一期《自然》雜志上發(fā)表文章稱，土衛(wèi)七表面約40%的區(qū)域都呈孔狀。早在2005年到2006年間，卡西尼號就曾經(jīng)數(shù)次親密接觸土衛(wèi)七，并對其進行探測。
托馬斯表示，卡西尼號拍攝這張照片的位置距離土衛(wèi)七非常近，照片上所顯示的多孔結(jié)構(gòu)也是我們首次發(fā)現(xiàn)，這對于研究土星家族的秘密具有非常重要的意義。
研究發(fā)現(xiàn)
土衛(wèi)七是太陽系中最大的一顆高度不規(guī)則（非球形）天體，其公轉(zhuǎn)軌道距土星1481100公里，圍繞土星旋轉(zhuǎn)一圈的周期為21.3天。土衛(wèi)七體積不大，最長部分僅有360公里長，但它是形狀不規(guī)則的土星衛(wèi)星中最大的一顆，也是太陽系中最大的形狀不規(guī)則天體之一。由于土衛(wèi)七形狀不規(guī)則、自轉(zhuǎn)混亂、表面多孔，科學(xué)家此前曾提出，土衛(wèi)七可能是從某個較大天體上剝落下來的。不像土星的其他衛(wèi)星的是，土衛(wèi)七的反照率較小（.2 - .3），表明它至少覆蓋著一層薄薄的暗色物質(zhì)。
康奈爾大學(xué)科學(xué)家的新分析結(jié)果表明，土衛(wèi)七可能由微小物質(zhì)顆粒累積而成。由于質(zhì)量太小、引力不足以對自身進行壓縮，土衛(wèi)七保留了不規(guī)則的形狀。大天體通常會在自身引力作用下變得緊密，使形狀接近球形。
多孔結(jié)構(gòu)比較松軟，因此隕石在土衛(wèi)七上留下的痕跡比砸在普通固態(tài)天體上形成的隕石坑要深一些。科學(xué)家估計，土衛(wèi)七的密度為每立方米544公斤，比水輕將近一半，這意味著它內(nèi)部的絕大部分都是多孔的。
科學(xué)家們在研究中還發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)七的主要成分是冰，而且其中混有有機化合物雜質(zhì)。這意味著土衛(wèi)七是一塊“骯臟的冰海綿”。科學(xué)家認(rèn)為，包括土星一些近距離小衛(wèi)星在內(nèi)的其他一些低密度天體也可能有著多孔結(jié)構(gòu)，不過這還需要進一步觀測驗證。
卡西尼號在2005年9月26日飛掠土衛(wèi)七。當(dāng)靠近土衛(wèi)七時，卡西尼號探測器出乎預(yù)料地發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)七釋放出強烈的帶電粒子流，電壓高達200伏。土衛(wèi)七的表面很可能帶靜電，因為它沐浴在來自于太陽和土星的帶電粒子中。
生命可能
來自美國航空航天局艾姆斯氏實驗中心和天文學(xué)家德爾·克魯克沙克（音，Dale Cruikshank）稱，“從照片上看，土衛(wèi)七表面的這些孔的底部一片黑暗，無法判斷其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，這一點與土衛(wèi)八和土衛(wèi)九的部分地區(qū)結(jié)構(gòu)非常相似。最讓人感興趣的是在土衛(wèi)七上發(fā)現(xiàn)了碳?xì)浠衔铩！?a href="/hebeideji/7202820572248604672.html">卡西尼號’號探測器傳回的數(shù)據(jù)顯示，土衛(wèi)七表面含有冰水和干冰（固體二氧化碳），這些干冰以很特別的方式與普通冰混合在一起，這些地區(qū)的凍水以晶體的形式存在，與地球上的很相似。當(dāng)這些冰凍分子暴露于紫外線下時，會形成具生物學(xué)意義的新分子。雖然這并不表示我們已經(jīng)在地球外發(fā)現(xiàn)了生命，但是它更進一步地顯示了生命所需的基本化學(xué)物質(zhì)在宇宙中是廣泛存在的。”
自轉(zhuǎn)
旅行者2號探測器拍攝的圖像以及之后的地面光度測定顯示土衛(wèi)七的自轉(zhuǎn)是混沌的。也就是說，土衛(wèi)七的自轉(zhuǎn)軸擺動幅度太大，以至于自轉(zhuǎn)軸的指向不可預(yù)測。土衛(wèi)七的李雅普諾夫時間大約為30天，土衛(wèi)七與冥衛(wèi)一、冥衛(wèi)二，是太陽系中僅有的幾顆已知自轉(zhuǎn)混沌的衛(wèi)星，盡管這種情況在雙小行星中很常見。土衛(wèi)七也是在太陽系中僅有的未被潮汐鎖定的天然衛(wèi)星。土衛(wèi)七是非常不規(guī)則的形狀，軌道相當(dāng)偏心且靠近比其大很多的土衛(wèi)六。這些因素共同限制了可能穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的條件。土衛(wèi)六和土衛(wèi)七之間3：4軌道共振也可能使自轉(zhuǎn)混沌旋轉(zhuǎn)的可能性更大。與土星的許多其他衛(wèi)星相比，土衛(wèi)七表面具有相對均勻的后隨半球和前導(dǎo)半球，這可以用自轉(zhuǎn)未被鎖定來解釋。
探測
卡西尼號在中等距離上多次拍攝土衛(wèi)七。第一次近距離飛掠發(fā)生在2005年9月26日，距離500千米（310 英里）。2011年8月25日，卡西尼號在25000千米（16000英里）的距離上又進行了另一次抵近，第三次接近發(fā)生在2011年9月16日，最近時距離58000千米（36000英里）。卡西尼號的最后一次飛掠是在2015年5月31日，距離約34,000千米（21,000英里）。
首張繪圖
2022年12月消息，俄羅斯莫斯科國立大地測量與制圖大學(xué)研究人員認(rèn)為，該校開發(fā)的創(chuàng)建天體攝影圖像的技術(shù)將使詳細(xì)研究太陽系的小天體成為可能。使用這種方法，該校繪制出了世界上第一張土星衛(wèi)星“土衛(wèi)七”的詳細(xì)照片。相關(guān)研究發(fā)表在《大學(xué)消息：大地測量學(xué)和航空攝影》雜志上。
參考資料 >
中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所.新華網(wǎng).2024-02-23
Hyperion.NASA.2024-02-23
卡西尼探測器發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)七結(jié)構(gòu)類似海綿.新華網(wǎng).2024-02-23
世界首張“土衛(wèi)七”地圖繪成.今日頭條.2022-12-07