上世紀90年代，我們所掌握的天文學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、不可琢磨的神秘天體……
然而這一切在進入21世紀都發(fā)生改變，高冷學霸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的進步和互聯(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)在公眾的視野當中。資深天文愛好者一直把它護送到木星軌道之外。我印象里，那段時間各種天文望遠鏡的廣告充斥在熱銷雜志上。
還記得我們上學的時候?qū)W過很多天文學知識么？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認知。
月球的起源
在20年以前，主流的天文學教科書上都認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。這種假設一開始過于大膽和激進，支持者不多。但是隨著進一步的研究，特別是通過計算機的模擬，現(xiàn)在天文學的主流觀點是，月球相當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
月球以前認為是干旱荒涼的，但是天文學家一直懷疑，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年的撞擊最終確認了水冰的存在！
地球的準衛(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)了地球擁有幾顆準衛(wèi)星，所謂準衛(wèi)星，就是指以地球為參考系，它們圍繞地球運轉(zhuǎn)。但是以太陽為參考系，其實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，這一決定當時在天文學界引發(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鏡上綁上黑紗，以紀念這一“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。為什么火星那么引起重視呢，因為它被認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，目前流行的觀點是，因為火星比地球小得多。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，火星的大氣逐步被太陽風吹走，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目，主要目的是對土星系統(tǒng)進行空間探測，對土星及其大氣、光環(huán)、衛(wèi)星和磁場進行深入考察。
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分按計劃順利進入環(huán)繞土星的軌道，開始對土星大氣、光環(huán)和衛(wèi)星進行歷時4年的科學考察。
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記錄，也讓科學家大開眼界，在僅僅一個周末的時間內(nèi)，科學家改變了過去的看法，推翻了從地基觀測站和哈勃望遠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?？ㄎ髂崽柼綔y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。由于地面支持設備的一些小問題，該建筑比計劃推遲了大約一個小時。運載火箭，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，安裝在運載火箭底部的是兩個升級的固體火箭發(fā)動機。
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)結構的補充信息。窄角和廣角相機在電磁波譜的可見區(qū)域提供圖像，就像數(shù)碼相機一樣。這些圖像提供了關于環(huán)結構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。
