緣起7月1日，「卡西尼」號土星探測器經過7年的漫漫太空跋涉，順利進入土星軌道，成為首個繞土星飛行的人造飛船。「卡西尼 惠更斯」土星探測計劃，是繼阿波羅登月、「伽利略」探測木星、探測器著陸火星之後，又一次偉大的科學壯舉。最近幾天，「卡西尼」號飛船不斷地傳來與土星「親密接觸」的信息和圖片，這讓全世界的科學家為此興奮不已。
「卡西尼」號土星探測器
特邀嘉賓：
中科院國家天文臺研究員中科院上海天文臺研究員《天文愛好者》雜誌副編審
李競傅承啟李良
土星的魅力在哪裡
李競：土星是太陽系內第二大行星，僅次於木星，是從太陽向外數的第6個行星。1781年發現天王星之前，人們始終把土星公轉軌道當做太陽系的疆界，再往外就是「天外天」的恆星世界了。土星直徑約6萬公裡，是地球的10倍，質量是地球的95倍，密度只有0.7，比水還輕，假如把土星浸在水裡它也不會沉下去。另外，土星有一個龐大的衛星家族，現在確認的有31個。
傅承啟：土星類似木星，屬於類木行星，即沒有固態表面的巨行星，是與地球完全不同的一類行星。它的結構與殼、幔、核結構的地球很不相同，外層是一層薄薄的大氣，主要由分子氫、氦及少量的甲烷和氨等組成。大氣層以下是一層厚達幾乎半個土星半徑的液態氫氦層。更深處，壓力超過100萬大氣壓，以至氫氦呈現液態金屬相。該層以內有一層冰層，它由水、甲烷、氨等混合組成。
李良：人們在天文望遠鏡中所看到的行星中，土星最為美麗動人的是 它腰部帶有非常顯著、寬闊和明亮的光環。這是1610年伽利略首先注意到的。後來的空間探測表明，土星光環是由無數大小不等的物質顆粒組成，其中有直徑約幾微米到幾米的粒子或爍石、冰塊等組成。這些物質以很高的速度圍繞土星運動，在太陽光照射下呈現出多種顏色，土星因此被裝扮得非常美麗動人。
「土衛六」為何如此搶眼
傅承啟：「土衛六」，西方稱之為「泰坦（取自希臘神話中巨神的名字）」。「泰坦」是土星最大的衛星，直徑5150公裡，約為地球的40％，比水星和冥王星都大，比月球幾乎大一倍。與月球繞地球的轉動十分相似，「泰坦」也始終以同一面朝向土星，繞土星轉一周大約16天。「泰坦」的表面溫度很低，達到零下178攝氏度。
「泰坦」是太陽系唯一一顆具有濃厚大氣層的衛星，表面大氣壓是我們地球的1.5倍。「泰坦」大氣的主要成分與地球大氣很相像，也是氮氣，其次的成分是甲烷和氬，以及一些簡單的有機分子。長期以來，天文學家對「泰坦」為什麼會有如此厚的大氣一直疑惑不解。與「泰坦」差不多大小的衛星，如「木衛三」、「木衛四」幾乎沒有大氣，土星的其他衛星也是沒有大氣。更令人費解的是，至今還不清楚為什麼以氮氣大氣為主的星球在我們太陽系裡只有地球和「泰坦」。要知道地球和「泰坦」相距那麼遠，環境相差那麼大，卻有相似的大氣組成。現在大致有兩種觀點，一種認為是與「泰坦」碰撞的彗星帶來的，另一種認為來自「泰坦」的內部，那是「泰坦」剛剛形成時遺留下來的。現在的觀測證據似乎有利於後者。另外，「泰坦」大氣中的甲烷又是從哪裡來的？也是未解之謎。現在科學家常常把甲烷看作一個星球有沒有可能發展生命的重要指標。
在眾多的衛星世界裡，科學家認為，既可能有液態水又有有機分子的衛星只有「泰坦」。所有的情況使我們聯想到38億年前的地球，與地球上生命尚未開始前的環境和發生的過程非常相像。那時地球的大氣也充滿了氮氣和甲烷，沒有氧氣，氧氣是後來經過原始生命的呼吸還原二氧化碳製造出來的。地球上的水也是那時冰隕星轟擊地球的結果，給我們地球帶來了生命的源泉――水。因此，有的科學家把「泰坦」視為原始地球的縮影，成為我們研究早期地球最好的實驗室。
李良：最令人感興趣的還是「土衛六」表面一片所謂的明亮「大陸」，據估計這片「大陸」僅存在於「土衛六」的半個球面上，有關它是如何形成的科學家們目前還不得而知。這片「大陸」有可能是山脈、海洋、平原，也可能是上述三者的結合，還可能被碳氫化合物組成的湖泊所覆蓋。
「卡西尼」未來四年將做些什麼
李良：「卡西尼」土星探測計劃是一項以美國宇航局和歐洲空間局為主、總共有18個國家參加的大型國際合作項目，它是人類1957年進入空間時代以來最為激動人心的空間探測項目之一。
李競：在「卡西尼」之前，人類曾有3次對土星進行了空間探測。20世紀70年代發射上天的「先驅者」11號、「旅行者」1號和2號飛船，於1979、1980和1981年相繼飛掠土星，對土星及土衛族進行了近距離探測。這3個飛行器在與土星會合期間，發現並測量了土星的磁場，考察土星和「土衛六」的大氣，發現新的光環和前所未知的衛星，發送回許多近距離紀錄下的土星、土衛族和光環系統的圖像，以及大量的測量資料，極大地豐富了人類對土星的認識。
李良：根據設計，「卡西尼」將環繞土星飛行4年。在未來4年中，「卡西尼」號要進行多項探測計劃。我舉其中的幾項任務：一是「卡西尼」攜帶的圖像科學子系統照相機性能優良，有可能發現新的衛星，或者能夠得到一些可以幫助我們更好理解光環與內層衛星是如何相互作用的線索。二是在2005年4月至9月，「卡西尼」的軌道傾角將增加，這時有利於對土星環和土星大氣進行測量，將給出光環的結構和光環物質的粒子以及土星大氣的物理特性。三是在2007年7月至9月，「卡西尼」將再次拍攝土星及其家族的電影。為了拍攝巨大的土星的單獨圖像或最多由4個圖像拼接成為一個完整的圖像，要求「卡西尼」離土星遠一些。在這期間「卡西尼」還將用較多的時間監視土星的天氣，希望能拍攝到可以反映土星大氣動力學的電影等。
按照原定計劃，今年12月25日，「惠更斯」子探測器與「卡西尼」軌道器分離，飛行22天後於2005年1月14日花2.5小時通過降落傘降落到「土衛六」表面，然後把「惠更斯」探測到的數據通過環土飛行的「卡西尼」軌道器傳回地球。但是根據最近有關報導，「卡西尼」探測器將在繞土星軌道飛行3周時，大約在2005年2月，釋放其上的「惠更斯」子探測器。由此，「惠更斯」也將成為第1個在大行星的衛星上著陸的探測器。在降落的過程中，它用所帶儀器分析「土衛六」的大氣成分，測量風速和探測大氣層內的懸浮粒子，並在著陸後維持工作狀態1小時，揭示「土衛六」上是否有水冰凍結的海洋和是否存在某種形態的生命。
傅承啟：這次土星探測計劃把「土衛六」作為探測的重點，將搞清「土衛六」的基本情況，特別是它能夠比較全面而徹底的了解大氣情況，為研究生命起源的普遍規律提供重要的線索。當然，現在要估計探測後能夠解開哪些謎團還為時過早，也許新產生的謎團比解開的謎團還多。
土星探測意義何在
傅承啟：與火星探測相比，土星的探測還是非常初步的，如果我們把一個目標的空間探測分解成不同的步驟，大致分成：飛越、環繞、登陸艙、漫遊、採樣返回、太空人環繞、太空人登陸、建立實驗室和基地等各個階段的話，對於月球，人類已經登上了月球；對於火星的探測已經進展到漫遊階段。但是對於土星，還僅僅處於環繞階段、是初步的，儘管也有登陸的探測器登上「土衛六」，但是只能工作3小時。目前的空間探測重點還是在火星，而不是土星。
傅承啟：雖然這次土星探測還是初步的，但是它對於我們深入了解土星及其家族卻具有重要意義。它的第一個意義是航天技術方面的，表明太空飛行器的軌道控制精度達到了一個前所未有的高度，經過將近7年長達35億公裡的空間飛行，4次引力助推，能夠準確地按7年前制定的時間表到達目標，並且準確地兩次通過光環縫進入環繞土星的軌道。所以，它反映了一個國家的綜合實力，不僅僅是經濟的實力，而且是綜合各種科學技術和各學科協同組織的實力。
其次是科學方面的，在「卡西尼」之前，我們對於土星及其衛星的許多細節很不清楚，大部分數據是依靠地面或地球附近空間的觀測結合理論推算的，許多數據依賴於一定的理論假設。這次土星的考察獲得的將是直接測量的結果，提供的資料是第一手的、詳盡的和精確的，不僅能初步搞清土星以及土星衛星的基本特徵，還可以鑑別過去不同假設的真偽，為下一步研究土星系統的起源、演化、土星光環的起源和演化、生命的起源，以及研究其他巨行星系統和太陽系起源提供主要的線索。
最後，這次土星探測還具有巨大的社會意義，10多個國家的數百位科學家直接參加了這項工程，間接參加的更是不計其數，因此，它反映了人類現今科學技術所達到的水平，是人類智慧的共同結晶，也反映了和平合作是國際的主流。
李良：耗資33億美元的「卡西尼 惠更斯」土星探測計劃，美國和17個歐洲國家的260多名科學家參加了這個項目。這次「卡西尼」土星探測計劃，是繼阿波羅登月、「伽利略」探測木星、探測器著陸火星之後，又一次偉大的科學壯舉！它昭示出，探索太空，開發宇宙，需要很好的國際合作。總有一天，地球人會為了一個共同的發展目標而團聚在一起，成功地邁向宇宙深處。