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土卫四

土卫四

土卫四（Dione），又称为“狄俄涅”，是环绕土星运行的一颗卫星。作为太阳系中第15大卫星，其平均半径为562千米，质量约为1.095×1021千克（0.0001834个地球质量），是土星的第四大卫星，自转周期约为2.7天。土卫四表面主要由冰组成，温度为-187℃，几何反照率为0.998±0.004。其内部可能由硅酸盐岩石和水冰组成。其表面主要特征为大量撞击形成的地形、冰崖以及线性带状结构。土卫四环绕土星运行的距离是377400千米，其环绕周期为2.7天，由于土星的潮汐锁定，土卫四的自转周期与绕土星的公转周期相等。

1684年，天文学家乔凡尼·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）发现了土卫四，并将其与土卫三、土卫五、土卫八一起命名为“路易之星”。1847年，天文学家约翰·赫歇尔（John Herschel）建议以泰坦·克洛诺斯兄弟姐妹的名字命名当时已知的土星卫星，后土卫四被命名为狄俄涅（Dione）。

1980年11月12日，旅行者2号探测器在距离土卫四24万千米处拍摄了其相关照片。时隔24年，卡西尼号又于2004年12月13日对土卫四展开探索任务。2005年10月，卡西尼号探测器以500千米的距离飞越土卫四并拍摄照片。此后该探测器又相继进行了四次飞越土卫四的行动，并在第二次飞越土卫四上空时探测到土卫四上有氧离子存在的迹象。随后，便有研究称土卫四存在氧气以及地下海洋，但研究人员还是认为该卫星上存在生命的可能性不大。

发现与命名

发现

1684年，天文学家乔凡尼·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）利用法国巴黎天文台的航空望远镜发现了土卫三与土卫四，他早年还发现了土卫五和土卫八。而后，卡西尼号将这四颗卫星命名为“路易之星”，以纪念法国国王路易十四。到了十七世纪末，天文学家们习惯上将它们和土卫六称为土星的第一至第五颗卫星。1789年，威廉·赫歇尔（Frederick William Herschel）发现了土卫二后，将编号方案扩展到土卫七。

命名

土星所属七颗卫星的现代名称均来自天文学家约翰·赫歇尔（John Herschel）。1847年，赫歇尔建议以泰坦·克洛诺斯兄弟姐妹的名字命名当时已知的土星卫星。因其认为土星的卫星与希腊神话中克洛诺斯的兄弟姐妹有关（克洛诺斯相当于希腊神话中的罗马神土星），而后土卫四被命名为狄俄涅（Dione）。

物理性质

基本参数

土卫四的平均半径为562千米，其作为太阳系中第15大卫星，质量约为1.095×1021千克（0.0001834个地球质量）。其质量比所有已知比其自身小的卫星的质量总和还要大。它的表面主要由冰组成，温度为-187℃，几何反照率为0.998±0.004，与土卫三和土卫二相比它比较暗。其整体密度为1.4781±0.0032克/立方厘米，仅次于土卫二和土卫六，且自转周期为2.7天，视星等为10.4、轨道离心率为0.0022。

表面地貌

外表特征

土卫四的外表特征为大量撞击形成的地形，例如中度撞击的平原，轻度撞击的平原和断裂区域。其中撞击坑的直径可达100公里。大多数撞击区域常见于始终面向土星的一面，即后半球。而从逻辑上说，卫星背离土星的前半球应该有更严重的撞击坑。有人根据土卫四直径为35公里的撞击坑推测，土卫四可能是近期受到撞击而被旋转至当前位置，但是土卫四是否真的旋转180度，依旧是一个谜。

冰崖

在旅行者号探测器的图像中，土卫四内的断裂区域表现为明亮而细长的条纹，长度达几十到几百英里，通常穿过平原和撞击坑。从2005年开始的卡西尼号飞越观测显示，“细纹”是一座明亮的峡谷冰壁（其中一些高达数百米），而该冰壁的形成可能是由于地壳下沉而引起的裂缝导致的。这些壁垒之所以明亮，也是因为深色物质从墙壁上脱落，露出明亮的水冰才形成的。这些断裂悬崖表明土卫四在过去经历过的构造活动，也可能是土卫二上的虎纹条纹的成熟阶段。

在卡西尼号探测器飞越土卫四之前，其他航天器已拍摄到这颗卫星上一处较亮的线条状结构照片，但不清楚它的形成原因。2004年12月，卡西尼号拍摄的照片显示土卫四背面有巨大的裂缝，可以证明这些线条是由地震作用形成的冰悬崖。2005年，卡西尼号探测器飞越土卫四时拍摄了这些悬崖的清晰照片，它显示有些悬崖高达数百米，说明其地震作用还是比较强烈的，也表明其内部具有一定的能量。

线性带状结构

土卫四表面具有线性的带状结构，长达数百公里，但宽度不到5公里。这些带状线段与赤道平行，仅在低纬度地区（北纬或南纬45°以下）可见，土卫五也有类似的特征。这些带状结构比周围的一切都亮，并且可能覆盖了山脊和陨石坑等其他特征，而此点也表明它们相对来说比较年轻。同时，有研究表明这些带状结构的产生可能来自土卫四之外，比如来自土星环、共轨卫星或近距离彗星的物质低速撞击，后导致物质在表面就位的结果。

内部结构

土卫四是土星的第四大卫星，根据其密度，土卫四的内部很可能是硅酸盐岩石和水冰的组合。卡西尼号收集的数据表明，土卫四有一个半径约400公里的岩石核心，周围环绕着约160公里的H2O包层，主要以水冰的形式存在。但一些模型表明，该层的最下部分可能位于内部液态咸水海洋的形式（类似于其轨道共振伙伴土卫二的情况）。土卫四和土卫二的形状都没有接近流体静力平衡，且土卫四的冰壳厚度变化小于5%，最薄的区域位于两极，那里地壳的潮汐加热程度最高。

轨道性质

土卫四环绕土星运行的平均距离是377400千米，稍小于地月平均距离38.44万千米，其环绕周期为65小时41分钟，约为2.7天。土卫四与土卫二处于1:2的平均运动轨道共振状态，即土卫二每绕两圈，而土卫四就绕土星绕一圈。共振还使土卫四的轨道保持较小的偏心率，即0.0022，，且相对于土星的赤道，其轨道倾角为0.02°。土卫四的自转周期与公转周期一样长，也是65小时41分钟（约2.7天），因为潮汐锁定，所以它与地球的卫星月球一样是同步自转的，且始终以同一半球面朝向土星。而土卫四的自转轴与公转轴之间的交角为0.006°。此外，土卫四还与土卫一也处于共振状态，这些卫星在彼此接近时会略微加速，在彼此远离时会减速，这导致它们的轨道在一系列复杂的变化中略有变化，这有助于将它们锁定在各自的位置上，其中土卫四将土卫二锁定在其自身1/2轨道周期处。

土卫四有两颗共轨卫星，即海伦（Helene）与波吕丢刻斯（Polydeuce），它们位于土卫四的拉格朗日点L4和L5内，分别位于土卫四前方和后方60度。