为什么卫星能穿透大气层（一个表面几乎被冰覆盖的卫星）

土卫二是土星的62颗卫星之一。在希腊神话中，土卫二（恩克拉多斯）是名为盖亚或拥有更广为人知的名字——地球和天王星(当时也被称为天空)所生的巨人之一。

当你凝视无尽的太空深渊时，存在这样一个大多数人都认同的的观点：你看到的最亮的物体是星星，即使还存在其他天体的亮度和他们一样，甚至更亮。然而，有一个天体确实与众不同，它恰好是土星的一颗非常明亮的天然卫星，具有反射能力，它被称为土卫二（恩克拉多斯）。

几十年来，科学家们一直不知道为什么这颗卫星会如此明亮和具有反光的特质，但近几年，笼罩着土卫二的神秘面纱已经被揭开。首先，让我们来看看土卫二的发现过程以及它的轨道和自转特征。

图解：土星第六大卫星——土卫二（图片来源：喷气推进实验室（JPL）/维基共享资源）

土卫二是土星62颗卫星之一，它是由著名的德国出生的英国天文学家威廉·赫歇尔于1789年8月28日，在世界上第一个40英尺望远镜的帮助下发现的！土卫二与地球的距离为12.72亿公里。

在太空时代之前，人们很难观察到这种异常现象，因为土星环的反射能力也很强。土卫二位于土星的E环上，距离土星中心18万至48万公里。

恩克拉多斯命名的灵感来自希腊神话。在希腊神话中，恩克拉多斯是盖亚（也就是地球）和天王星(当时也被称为天空)所生的巨人之一。

图解：关于土卫二的运行轨道-从土星北极上方拍摄土卫二的轨道(红色部分)(图片来源:会唱歌的獾/维基共享)

在E环内，它的轨道距离星球中心约238,000公里，每32.9小时绕土星运行一周，速度之快足以让它在一个晚上的观测中被发现。与土卫四，土卫三和土卫一相同，土卫二也被认为是主要的内部卫星之一。

土卫二的奇怪之处在于，它同时围绕着土卫四和土星旋转！每绕着土卫四转一圈，它就绕土星转两圈。由于施加在卫星上的多重引力，它的形状发生了改变，造成卫星结构的潮汐变形。

这种热量散失具有重要的地质意义，涉及到卫星表面的极端散热。1981年8月，“旅行者2号”第一次对土卫二表面进行了明确的研究。

通过对高分辨率图像的分析，土卫二上有不同类型的区域，既有凹坑地形，也有平滑的地形，以及脊状地形的小道。对科学家来说，这些光滑的表面是一个相当重要的发现，因为这些光滑的表面是由水火山作用而产生的。

图解：以土卫二的视角看土星-土星，以土卫二的视角观测(图片来源:维基共享)

水火山的主要代表是一种被称作冰火山的特殊火山。与地球上的普通火山不同，低温火山不会喷出熔融的岩石。相反，它们会爆炸产生水、氨或甲烷。问题是，为什么土卫二的火山喷发会有如此不同的结果呢？ 为此，我们需要了解火山的性质。

火山通常是一座山顶有火山口的小山，只有当地壳下需要释放一定的压力时，火山才会喷发。火山只会喷出岩浆中的物质；就地球而言，这是以热的熔融岩石的形式出现的。然而，事实上，土卫二上的冰火山大多喷出水，这意味着在这颗天然卫星厚厚的冰壳下面有一个广阔的海洋。

像前面提到的，在这颗卫星的地壳之下，储存着大量的水资源。当这个储水资源物体的压力达到极高时，冰火山为了释放压力就会喷发。随之就会形成一层新的冰，每次冰火山爆发时都会继续分层。这些增加的冰层逐渐使表面光滑，卫星的高度反射性就是来自于光滑的、结冰的天体表面。

对此我们陷入了两难境地……冰的反射性并不强，可是在土卫二上冰的折射率很高，到底卫星是如何反射这么多光的呢？

图解：朗伯反照率-来自光滑表面的漫反射和镜面反射。光线代表的发光强度，这是根据朗伯的余弦定律变化的理想漫反射。（图片来源：Giannig46/wikimedia Commons）

我们之前说过冰的反射性比水弱，但也有一些情况是冰比水更具反射性，这可以通过反照率效应来理解。这给出了太阳辐射的漫反射与总太阳辐射的比值。漫反射是一种入射光线不是在单一光线中反射，而是作为多个漫反射光线反射的反射类型。这是由于它所反射的表面的基本粒子特性决定的，简单地说，反照率是一个无量纲的量，它表示某种特定的物质反射阳光的程度。

反照率值从0到1不等。0表示无反射，1表示全反射。值为0意味着表面是一个“完美的吸收器”，它吸收所有进入的能量，而值为1意味着它是一个“完美的反射器”。含盐量高的冰（如我们的冷冻海水）比不含杂质的正常水或淡水具有更高的反照率。此外，如我们所见，土卫二上的水含有甲烷和氨，这增加了反照率效果。

现在，据说地球上的海冰反照率值为0.5到0.7。这意味着海洋只反射6%的太阳辐射，其余的都被吸收，而海冰则可以反射50-70%的太阳辐射。海冰吸收的太阳能更少，从而导致其表面更冷。此外，如果我们假设土卫二上冰的反照率值大致相同，那么天然卫星完全覆盖在数公里厚的冰上，这意味着它将反射掉在它上面的所有光线，反射水平大于或等于地球上海冰的反射质量，从而使它成为我们太阳系中最具反射性的天体。

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