12.E：戒指、月亮和冥王星（练习）

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为了进一步探索

文章

月亮

Carroll，M. “泰坦：我们从一个陌生的新世界中学到了什么。” 天文学（2010 年 3 月）：30。对卡西尼号任务结果的回顾很不错。

艾略特，J. “Triton 的温暖精灵。” 天空与望远镜（1999 年 2 月）：42。关于海王星迷人的月亮。

Hayes，A.，“来自泰坦海洋的秘密。” 天文学（2015 年 10 月）：24。很好地回顾了我们现在对泰坦碳氢化合物湖的了解和困惑之处。

Jewitt、D. 等。 “太阳系中最奇怪的卫星。” 《科学美国人》（2006 年 8 月）：40。外太阳系中的不规则小卫星。

Lakdawalla，E. “环状星球的冰世界。” 天空与望远镜（2009 年 6 月）：27。在卡西尼号任务中探索土卫二、伊佩图斯和其他卫星。

Mackenzie，D. “冰下有生命吗？” 天文学（2001 年 8 月）：32。关于未来对欧罗巴的探索。

罗伯逊，D. “雨去了哪里？” 天空与望远镜（2013年3月）：26。关于土卫六的甲烷天气周期以及卡西尼号实验告诉我们的内容。

Scharf，C. “黑暗海洋的宇宙。” 天空与望远镜（2014 年 12 月）：20。欧罗巴、木卫三、土卫二和土卫六的地下海洋。

Showalter，M. “如何捕捉冥王星的一颗或两颗月亮。” 天文节拍（2012 年 12 月）：www.astrosociety.org/wp-conte... ab2012-106.pdf。关于在冥王星周围发现小卫星，由发现其中两颗卫星的人撰写。

Spencer，J. “伽利略最接近艾奥的样子。” 天空与望远镜（2001 年 5 月）：40。

Talcott，R. “卡西尼飞过土卫二的间歇泉。” 天文学（2009 年 3 月）：32。

齐默尔曼，R. “甲烷会流向土卫六吗？” 天文学（2014 年 2 月）：22。关于湖泊、河道和雨水的想法。

冥王星

Stern，A. “冥王星：近距离亲密接触。” 天文学（2015 年 7 月）：22。很好地总结了在 “新视野” 遭遇前夕理解冥王星的历史和我们目前的知识。

Stern，A. “探索了冥王星系统。” 天文学（2015 年 11 月）：24。仔细回顾一下团队从New Horizons的前几次数据下载中学到了什么。

Tombaugh，C. “我是怎么找到冥王星的” 天文节拍（2009 年 5 月）：astrosociety.org/wp-content/u... /ab2009-23.pdf。

戒指

Beatty，J. “土星的神奇戒指。” 天空与望远镜（2013年5月）：18。关于我们所知道的内容的7页摘要。

Burns，J. 等。 “宝石迷阵的世界。” 《科学美国人》（2002年2月）：64。在整个太阳系的环上。

艾略特、J. 等 “发现天王星之环。” 天空与望远镜（1977 年 6 月）：412。

埃斯波西托，L. “行星环形状的变化。” 天文学（1987 年 9 月）：6。

索贝尔，D. “指环的秘密。” 发现（1994 年 4 月）：86。讨论外行星环系统。

Tiscareno，M. “环形世界启示录”。 天空与望远镜（2007 年 2 月）：32。卡西尼号关于土星环的结果。

网站

注意：《其他世界：太阳系简介》和《巨型行星》中列出的许多有关行星和行星任务的网站也包含有关行星卫星的良好信息。

卡西尼号土星任务：http://saturn.jpl.nasa.gov/ 和 www.esa.int/Specials/Cassini-... ens/index.html 和 ciclops.org

喷气推进实验室的木星卫星：http://solarsystem.nasa.gov/planets/jupiter/moons

喷气推进实验室的《海王星的卫星》：http://solarsystem.nasa.gov/planets/neptune/moons

新视野任务：http://pluto.jhuapl.edu。提供冥王星遭遇的最新新闻公告和图片，以及大量背景信息。

冥王星，在喷气推进实验室：http://solarsystem.nasa.gov/planets/pluto

喷气推进实验室的土星卫星：http://solarsystem.nasa.gov/planets/saturn/moons

喷气推进实验室的天王星卫星：http://solarsystem.nasa.gov/planets/uranus/moons

应用程序

你可以为 iPhone 或 iPad 购买的两款应用程序可以向你显示木星和土星卫星在任何选定日期的位置和特征：

木星地图集：https://itunes.apple.com/us/app/ju[i...352033947？ mt=8
土星地图集：https://itunes.apple.com/us/app/satu...352038051？ mt=8

视频

Amazing Moons：https://www.youtube.com/watch?v=CQjZf2bW9XQ。2016 年 NASA 关于太阳系中有趣卫星的视频（4:16）。

土卫二的 Briny Breath：http://www.jpl.nasa.gov/video/details.php?id=846。 2009 年喷气推进实验室关于土卫二间歇泉的简短电影 (2:36)。

卡罗琳·波尔科博士关于土卫二的 TED 演讲：https://www.youtube.com/watch?v=TRQdHrGuVgI (3:26)。

泰坦：http://www.youtube.com/watch?v=iTrOFefYxFg。来自开放大学的视频，包括访谈、动画和图片（8:11）。

Europa Mission：http://www.jpl.nasa.gov/events/lectu...r=2016&month=2。2016 年两位喷气推进实验室科学家就美国宇航局计划执行木星月球任务发表演讲，木星的月球可能有地下液态海洋（1:26:22）。

大星球辩论：http://gpd.jhuapl.edu/debate/debateStream.php 或 https://www.youtube.com/watch?v=RJ8EErV6-6Q。 2008 年（1:14:11），尼尔·德格拉斯·泰森就如何描述冥王星与马克·赛克斯进行了辩论。

我是怎么杀死冥王星的以及它为什么会来：http://www.youtube.com/watch?v=7pbj_llmiMg。迈克尔·布朗关于冥王星 “降级” 为矮行星的 2011 年硅谷天文学讲座（1:27:13）。

寻找冥王星的 Frigid Heart：https://www.youtube.com/watch?v=jIxQXGTl_mo。 2016 年《纽约时报》戏剧性作品，由丹尼斯·奥弗比（7:43）讲述。

土星的不安之环：https://www.youtube.com/watch?v=X5zcrEze8L4。2013 年 Mark Showalter 在硅谷天文学系列讲座中的演讲（1:30:59）。

协作小组活动

想象一下，这是遥远的未来，人类现在可以轻松地在行星之间旅行。您的团队是一家旅行社，其任务是为一群体育爱好者设计一次极具挑战性的伽利略月球之旅。每个世界都有可能进行哪些活动？例如，在 Ganymede 上攀岩与在地球上攀岩有何不同？（如果你为 Io 设计一项活动，你最好带上非常强的辐射屏蔽装置。为什么？）
本着与之前的活动相同的精神，让你的旅行社设计一个旅程，包括本章涵盖的所有卫星或环上所有类型的七个最壮观的景点。未来的游客不容错过的目的地有哪些？为什么？如果你在月球表面或环内，你选择的哪些景点会很壮观，哪些只有在太空很远的地方才会看起来很有趣？
在本章中，我们只能介绍外太阳系中数十颗卫星中的几颗。使用互联网或大学图书馆，将你的小组组织成一个研究小组，详细了解我们没有详细介绍的其中一颗卫星。我们最喜欢的包括天王星的米兰达，它的拼图游戏表面；土星的米玛斯，有一个叫做赫歇尔的 “淘汰赛” 火山口；以及土星的 Iapetus，它的两个半球差异很大。准备一份报告，吸引游客前往您选择的世界。
在一本名为 2010 年的小说中，科幻小说作家亚瑟·克拉克（Arthur C. Clarke）受旅行者号航天器返回的信息的启发，乐于提出一种正在向智力演变的欧罗巴冰层下的生命形式。假设未来的任务确实在欧罗巴的冰层下找到了某种生命（不一定是聪明的，但肯定还活着），这种生命完全独立于地球上的生命进化。让你的小组讨论这样的发现会对人类自身的看法产生什么影响。我们对这种生命形式应该持什么态度？我们有义务保护它免受微生物和病毒的污染吗？或者，要采取极端的立场，我们是否应该在它与地球生命竞争之前将其消灭，或者用我们尚未准备好应对的微生物污染我们的探险家？谁应该负责做出这样的决定？
本着与之前的活动相同的精神，你的团队可能想观看 2013 年的科幻电影《欧罗巴报告》。 制片人试图在描绘宇航员访问木星月球时会是什么样子时纳入良好的科学知识。你的团队认为他们的表现如何？
许多现代科幻小说作家（尤其是那些受过科学训练的作家）撰写了发生在木星和土星卫星上的短篇小说。 http://www.astrosociety.org/scifi 上有关于天文学优秀的科幻小说的话题清单。小组成员可以在 “木星” 或 “土星” 下查看，找到你感兴趣的故事，然后向全班报告。
共同努力，列出难以向冥王星发送任务的所有原因。必须做出哪些妥协才能负担得起 “新视野” 任务？你将如何设计第二个任务来更多地了解冥王星系统？
美国宇航局要求你的团队制定一项或多项任务来了解欧罗巴。回顾一下我们到目前为止对这颗月球的了解，然后设计一个机器人任务来回答我们遇到的一些问题。你可以假设预算不是一个因素，但你的工具必须切合实际。（请记住，欧罗巴很冷，离太阳很远。）
想象一下，你的小组是冥王星的第一个登陆队（希望你记得带上长内衣！）。你降落在天空中可以看见 Charon 的地方，然后观察 Charon 一周的地球。描述一下 Charon 在那一周会是什么样子。现在你将营地移到冥王星的对面半球。在一周的时间里，Charon 在那里会是什么样子？
2006年，当国际天文学联盟（IAU）决定将冥王星称为矮行星而不是行星时，他们设定了世界必须满足的三个标准才能被称为行星。您的小组应使用互联网来查找这些标准。冥王星没有遇见他们中的哪一个？稍微阅读一下天文学家和公众对国际天文学联盟决定的反应。你的小组成员对冥王星的新分类有何看法？（在小组中讨论了这个问题之后，你可能想观看 “供进一步探索” 中推荐的《大星球辩论》视频。）

查看问题

外行星的卫星是由什么构成的，它们的成分与我们的月球有何不同？
比较 Callisto、Ganymede 和 Titan 的地质情况。
欧罗巴上有液态水海洋的证据是什么？为什么这对寻找外星生命的科学家来说很有趣？
解释为艾奥火山提供动力的能量来源。
将土卫六大气层的特性与地球大气层的特性进行比较。
冥王星是如何被发现的？为什么花了这么长时间才找到它？
海卫一和冥王星有何相似之处？
描述和比较土星和天王星的环，包括它们可能的起源。
为什么没有直接用地球地面上的望远镜观测到天王星的环？他们是怎么被发现的？
列出冥王星和地面行星之间的至少三个主要区别。
哈勃太空望远镜在2002年拍摄的冥王星图像显示了一个亮点和周围一些较暗的区域。现在我们有了 New Horizons 的特写照片，冥王星上的大亮区域竟然是什么样子？
土星的E环又宽又薄，离土星很远。它需要新鲜的颗粒才能自我维持。新的 E 环颗粒的来源是什么？

思想问题

你为什么认为外行星有如此广泛的环和卫星系统，而内行星却没有？
木卫三和卡利斯托是第一个从地质学角度研究的冰雪天体。总结它们的地质学与岩石陆地行星的地质学之间的主要区别。
将艾奥火山的特性与陆地火山的特性进行比较。给出至少两个相似之处和两个不同之处。
你会指望在 Io 或 Callisto 上找到更多的冲击坑吗？为什么？
为什么人类不太可能去艾奥旅行？（提示：查看《巨行星》中有关木星磁层的信息。）
你为什么认为土星环是由明亮的粒子组成的，而天王星和海王星环中的粒子是黑色的？
假设你奇迹般地移除了土星的所有卫星。它的戒指会怎样？
我们有很多来自伽利略和卡西尼号航天器任务的木星和土星大型卫星的精美照片（请访问美国宇航局的 Planetar Photojournal 网站 http://photojournal.jpl.nasa.gov 查看该品种）。既然 New Horizons 任务已经交给了冥王星，为什么我们没有那么多冥王星和 Charon 各个方面的精美照片呢？
在《星球大战》电影《星球大战第六集：绝地归来》中，一场关键战斗发生在有人居住的 “森林月亮” 恩多尔上，据说它围绕着一个天然气巨星运行。从你对太阳系行星和卫星的了解来看，为什么这种情况会不寻常？

自己搞清楚

哪个会有更长的轨道周期：距离木星中心100万公里的月球，或者距离地球中心100万公里的月球？为什么？
使用角分辨率为 2 弧秒的摄像机，航天器必须离天王星多近才能获得与示例中相同的分辨率？
土星的A、B和C环从地球中心延伸75,000至13.7万千米。使用开普勒第三定律计算三环系统内边缘的粒子和位于外缘的粒子绕行星旋转所需的时间之间的差异。
使用附录 G 中的信息来计算泰坦、艾奥和天王星的月亮 Miranda 的重量。
土卫二与土星的平均距离为23.8万公里；土卫六与土星的平均距离为1,22.2万公里。与土卫二相比，土卫六进入土星轨道需要多长时间？