咱們書接上文，上文書講到JPL的理查德·戈德斯坦和喬治·莫里斯用雷達波對土星的光環(huán)進行了探測。雷達波的波長是12.5厘米，信號一來一回是2小時45分鐘。走過的距離是24億公里。戈德斯坦發(fā)現(xiàn)，雷達回波比他們預計的強得多。從雷達返回信號來分析，土星環(huán)是非常粗糙的，也就是說大塊的固體非常多，尺寸起碼要到1米左右。這些大塊的固體可能是冰塊，也可能是石頭，這事兒說不準。估計還是大塊的冰塊占了大多數(shù)。

既然如此，你讓探測器從環(huán)里邊穿過去，那可就相當?shù)奈ｋU了。萬一撞上冰塊，那可不是鬧著玩兒的。但是，土星環(huán)之間是有空隙的。土星環(huán)分很多層，從地球上拿望遠鏡能看到的最亮的兩個分層，外圈叫A，內圈叫B，中間有一道縫隙，叫做卡西尼縫，這道縫是巴黎天文臺臺長卡西尼在1675年用一架放大90倍的望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。這道縫有多寬呢？大概是4800公里，這么寬的縫隙，按理說足夠讓先驅者11號穿過去了。

在A環(huán)靠近外側，有一道非常細的縫隙，叫恩克縫，這道縫是美國天文學家詹姆斯·愛德華·基勒在1888年發(fā)現(xiàn)的，但是以當時柏林天文臺老臺長恩克的名字命名。這個恩克就是著名的恩克彗星的發(fā)現(xiàn)者，他對土星環(huán)做過觀測。但是恩克縫不是他發(fā)現(xiàn)的。他已經(jīng)在1865年去世了，以他的名字命名是為了紀念他的貢獻。

這道恩克縫有多寬呢？大概是320多公里。這就比卡西尼縫要窄得多。天文攝影也是分各種門派的，標準各不相同。評判行星攝影愛好者水平的高低，一個重要指標就是你能不能拍清楚這道細細的恩克縫?？ㄎ髂峥p還是很容易拍到的，恩克縫就難說了。

其實啊，土星環(huán)的縫隙還不止這兩道，你仔細去看，土星環(huán)就像是唱片一樣，密密麻麻的充滿了細微的紋理。B環(huán)靠內側有一片比較暗淡的區(qū)域，這里就是C環(huán)。C環(huán)不如A環(huán)合B環(huán)那么明亮。但是明顯不是空無一物，只是物質比較稀疏，因此反光率不高。

那么在C環(huán)的內側，是不是存在更暗淡的區(qū)域呢？也就是更靠近土星表面的D環(huán)。大家猜測，這個D環(huán)應該是有的，但是從地球上壓根看不清楚。因此最好是讓先驅者11號過去打探一番。另外，從環(huán)的最內側鉆進去，等于是盡量貼著土星的表皮飛，拍攝的照片更大更清晰。所以艾姆斯研究中心的先驅者團隊還是希望探測一下D環(huán)。

你要探測D環(huán)，就必須精細設計飛越的軌道。你別忘了，先驅者11號是從黃道面之外飛一個弧線和土星匯合。因此可以借助土星的引力拐彎，從斜上方進入，從A環(huán)的外側拐發(fā)夾彎，第一次斜插過土星環(huán)，探測器過了土星環(huán)以后，方向就已經(jīng)拐回來了。然后探測器貼著土星環(huán)的下表面，擦著皮飛過去。借助土星的引力，從土星背面兜個圈子，從下邊往上正好斜穿過內側D環(huán)的區(qū)域。

但是，這么做非常冒險，前面我們不是說了嘛，按照雷達數(shù)據(jù)，土星環(huán)里邊到處都是大石頭，萬一撞了，那些全歇菜了，先驅者11號的存活幾率大概只有1%。所以，當時也有很多人不同意這個做法，艾姆斯研究中心的這個方案太激進了。

這時候有人跳出來了。這幫人就是旅行者計劃執(zhí)行團隊。旅行者計劃的團隊屬于JPL，和艾姆斯研究中心不是一家人。這個時間段，兩枚旅行者號探測器已經(jīng)上路了，都快到木星了，下一步也要拜訪土星。但是這兩顆探測器的目標可不僅僅只限于土星，而是要借助土星的引力彈弓效應甩一下，人家還要奔著天王星和海王星方向去呢。

可是，這種引力彈弓對軌道計算要求非常高。大家算來算去，發(fā)現(xiàn)這條路不好走啊。力道要準，方向要精確，時間還不能錯。能用的軌道就不剩幾條了。旅行者探測器很可能要穿過A環(huán)才行，這可就要了老命了。

土星的A環(huán)幾乎是最亮的光環(huán)了，最亮意味著什么呢？冰塊最多最密唄。能不能鉆過去??？最好有個人先探探路啊。誰啊，不就是先驅者11號嘛。所以，JPL的旅行者團隊就想讓先驅者團隊幫個忙，走另外的路線，穿過A環(huán)，咱也別拐到D環(huán)去了，咱直接借助引力彈弓向A環(huán)的以外扔出去。這條路很重要，未來旅行者1號和2號就走這條路奔著天王星方向去了。

先驅者團隊立刻就火冒三丈了，你們打算要我老命?。『现覀兊漠斕嫠拦?！不行，我們不干。這條外圍路線，即便是走成了，距離土星太遠，拍照也拍不清楚，磁場探測也打折扣。如果走不成，撞了，那就啥都沒了。

人家先驅者團隊歸屬艾姆斯研究中心，旅行者團隊歸屬噴氣推進實驗室。這還互相不買賬了。于是，JPL的旅行者團隊馬上去找領導了。先驅者11號要是不先試試看，這條路后續(xù)的旅行者也不敢走啊。誰敢冒這個風險？如果不走這條路，那就沒辦法去天王星海王星啦。何去何從，領導看著辦吧。這個選擇題就擺在NASA高層領導的面前了。

領導腦袋都大了，他們合計了半天，先驅者11號如果要改道，那么探測土星肯定要打折扣，但是，后續(xù)的旅行者1號和2號可以彌補這個缺陷。讓旅行者多拍幾張也就是了，況且旅行者好的相機比先驅者號強多了。但是如果旅行者去不了天王星和海王星，那損失可就大了，有一半的任務目標沒完成啊。算了，還是讓先驅者11號通融一下，您就先當一把先驅，萬一撞了，您就榮升先烈了。

先驅者11號的穿越軌跡

當NASA高層宣布這個結果的時候，JPL的團隊在鼓掌慶賀，先驅者團隊發(fā)出了一片哀嘆之聲。當然，軌道還是可以做優(yōu)化，咱盡量從A環(huán)的外側擦邊鉆過去，咱別真的往土星環(huán)密度大的地方扎。甩出去以后，還可以順便拜訪一下土衛(wèi)六泰坦。在當時，大家都以為土衛(wèi)六是太陽系里最大的衛(wèi)星，也算是因禍得福吧。這個軌道在NASA領導看來，算是最穩(wěn)妥的了。沒事兒啦，那就繼續(xù)執(zhí)行吧。

1979年的8月份，先驅者號進入了土星的引力范圍。科學家們對土星的磁場是最關心的。土星有磁場嗎？強度如何？按照計算，這幾天就要沖擊土星磁層弓形波了。所以，值班人這幾天幾乎都沒時間睡覺了。但是，他們偏偏遇上了幾個難題。

首先，土星的位置不利，和地球之間恰好隔著一個太陽。無線電通信總是受到太陽輻射的干擾。另外，這幾天剛好是太陽大爆發(fā)。土星的磁層會被太陽風暴強烈壓縮，測出來的數(shù)據(jù)不是日常情況。另外，強烈的太陽風暴帶來大量帶電粒子，科學家們從先驅者11號的讀數(shù)上分辨不出那些是來自土星本身，那些是來自于太陽。所以，這事兒還不太湊巧了。

科學家們天天盯著前方的數(shù)據(jù)回傳。就連幾個已經(jīng)退休的老員工都主動回來幫忙。一方面的確是遇到了麻煩需要人手，另一方面這也是見證歷史的時刻，人類的探測器終于到了土星了?，F(xiàn)在先驅者11號的通訊速率已經(jīng)非常低了，只有512bit/秒，這點速度夠干啥的？

現(xiàn)在先驅者11號距離土星400萬公里。磁場讀數(shù)上沒有任何異常。又等了兩天，在探測器距離土星146萬公里時候，數(shù)據(jù)上看到了弓形波的跡象。這證明土星的確是有磁場的。接下來的半個小時，太陽風暴持續(xù)加強，探測器又穿過了一次磁頂層。到9月1號的，探測器又有2次穿過了弓形波。土星的磁層被壓縮的非常小了。按理說周圍的衛(wèi)星和光環(huán)都應該在磁層的屏蔽之下，但是這一次，根據(jù)探測數(shù)據(jù)，土衛(wèi)六泰坦是在磁層保護之外，可見太陽風的沖擊有多強。

這是在距離土星250萬公里的時候拍攝的。因為角度的關系，拍的是土星環(huán)的背面，因此顯得比較黑。恩克縫隱約可見，下方的小亮點是土衛(wèi)5，只有月亮一半大。

1979年9月2號凌晨0:36分，先驅者11號以每小時11.2萬公里的速度疾馳而過，這個過程發(fā)生在土星背后，地球上是收不到信號的，所以穿過土星環(huán)的具體時間實際上來自于推測。到下半夜的3點中，戈德斯通測控站收到了先驅者回傳的信號?，F(xiàn)在可以宣布，先驅者11號穿過了土星環(huán)?，F(xiàn)在正貼著土星環(huán)盤子的下表面往前飛呢。

從微流星體探測器接收到的數(shù)據(jù)，土星環(huán)其實根本不是由一大堆大冰塊組成的。雷達數(shù)據(jù)不靠譜兒啊。誤導了大家。土星環(huán)里1米大的冰塊不能說沒有，但是不是主流，平常根本撞不上。土星環(huán)的組成成份大部分還都是很小的冰晶顆粒。所以，先驅者11號擦著邊穿過光環(huán)，基本沒什么損失，穿過光環(huán)是安全的。

這時候，先驅者發(fā)送的照片也逐漸傳回來了。從照片上看，土星環(huán)一點都不亮，而是發(fā)黑的。因為探測器這時候在土星環(huán)背面。背面照不到太陽，當然是黑的。B環(huán)可以說幾乎是不透光的，可見密度相對來講還是比較大的。

土星環(huán)中間最寬的黑帶部分是B環(huán)，從背面看幾乎不透光。這樣的拍攝質量雖然不高，但是也已經(jīng)超過了過去所有望遠鏡拍攝的照片了

從發(fā)送回來的影像上，科學家們發(fā)現(xiàn)了一道極細的光環(huán)，只有大約幾百公里寬。這道非常不明顯的環(huán)在A環(huán)的外側。大家誰也沒想到這里還有一道獨立的環(huán)呢。所以這道環(huán)被稱為F環(huán)。F環(huán)和A環(huán)之間的縫隙被稱為洛?？p。這個洛希就是那個提出洛希極限的洛希。用他的名字來命的確是非常合適的。因為土星環(huán)之所以出現(xiàn)，就是因為在這里形成不了大的天體，都被土星的引力扯碎了。明亮的A環(huán)之內是不可能有大型天體的，洛希縫差不多就是邊界了。

F環(huán)為啥這么窄呢？后來大家才發(fā)現(xiàn)，洛?？p里有一個小天體叫土衛(wèi)16，名字叫普羅米修斯。F環(huán)的外側有一個小衛(wèi)星叫潘多拉，編號是土衛(wèi)17。這兩個小家伙長度大概是100多公里。粗細大概70~80公里的樣子，反正長得都想棗核一樣。這兩個家伙是清道夫，它倆各自清理出一條空白的軌道。但是這二位軌道半徑很接近。所以中間留下的隔離帶寬度就很小了。于是就剩下這么一個窄窄的F環(huán)。

極細的F環(huán)

當然啦。此前科學家們斷定，在最明亮的土星環(huán)之外應該還有一層非常不明顯的彌漫性的外環(huán)，編號是E環(huán)，但是這一次先驅者11號沒探測到E環(huán)的存在。大概是靈敏度還不夠吧。不過倒是找到了一個不明顯的G環(huán)。

先驅者穿過光環(huán)以后，在土星的引力作用之下拐了個彎，一直貼著光環(huán)下表面飛行。因為速度太快，距離光環(huán)太近了。它的曝光成像方式又是那種掃描式的，對于靜物沒問題，對于動的東西就不靈了。所以拍出來的光環(huán)全都拖線了，糊成一片。但是左側露出的土星表面，也還算是比較難清楚吧。這樣光環(huán)糊成一片的照片，一共拍了5張。

倒是磁場探測器首先發(fā)現(xiàn)了異樣。從數(shù)據(jù)上分析，探測器在穿過光環(huán)的那一刻，它幾乎與一個大家伙相撞。高能粒子探測器的數(shù)據(jù)突然急劇下降，磁場計也發(fā)現(xiàn)了異常。這個過程維持了10秒鐘才過去。這說明啥呢？這說明有一顆衛(wèi)星恰好路過。探測器剛好穿過了這個衛(wèi)星的磁場的尾跡。科學家們毛估了一下，這東西直徑大概是170公里。距離探測器最近距離大約幾千公里。在宇宙空間，幾千公里已經(jīng)算是很近了?？茖W家當時不知道這家伙到底是誰，索性起了個編號叫1979S2。土星和木星的衛(wèi)星實在太多了，很多小家伙，在地球上拿最好的望遠鏡也看不太清楚。所以，科學家們也無法確定誰是誰。

藝術家的想象圖，先驅者11號在環(huán)底下擦過去

總之，這是人類在以前完全沒有類似經(jīng)驗的條件下獲得的一次重大成功。飛行6年半，飛了足足32億公里，距離那么遠，精確度卻那么高。這無論從哪個角度來講，都是一個奇跡。

模糊的土衛(wèi)6泰坦實在讓人看不透，但這也說明土衛(wèi)六有大氣層

這一次，先驅者11號還遇到了好幾顆衛(wèi)星，大一點的土衛(wèi)3，土衛(wèi)5還好辨認，其他的衛(wèi)星都太小，到底誰是誰還很難說呢。9月3號，先驅者11號從35.4萬公里的距離上掠過土衛(wèi)六，拍攝照片也不太清楚，看上去像個圓形的餅干，沒有太多的細節(jié)了。到此為止，先驅者11號探測行星的任務已經(jīng)基本完成，它現(xiàn)在自由自在的飛向太陽系之外，一路上探測器還在不斷地發(fā)數(shù)據(jù)，但是無線電信號也已經(jīng)越來越微弱了。最后一次接收到信號，大概是在1995年。之后就再也沒有消息了。當然，這是后話了。

先驅者11號為土星家族拍攝了440張照片。這些發(fā)送回來的照片和數(shù)據(jù)都要經(jīng)過仔細的研究。比如那個1979S2到底是誰？分析人員從照片里面還真的找到了這個家伙。根據(jù)照片推算，這個小家伙的直徑有400公里。同時，科學家們發(fā)現(xiàn)，這個家伙就是土衛(wèi)10，一個1966年就被發(fā)現(xiàn)的小衛(wèi)星。

但是，再仔細研究下去，大家才發(fā)現(xiàn)這事兒還有幺蛾子。只能說天下之大無奇不有。1966年的12月15號，法國天文學家多爾菲斯發(fā)現(xiàn)了土星的一顆小衛(wèi)星，后來起名字叫做雅努斯。過了3天，12月18號，另一位天文學家理查德·沃克也發(fā)現(xiàn)了土星的一顆新衛(wèi)星。后來比對了一下，發(fā)現(xiàn)這個家伙的軌道和多爾菲斯發(fā)現(xiàn)的那個衛(wèi)星是一樣的，這應該是同一顆衛(wèi)星。但是奇怪的是，沿著同一個軌道走，但是周期似乎不一樣，對不上啊。這到底是怎么回事呢？

這個問題一直沒弄明白怎么回事。一直到了1978年，另外兩位科學家拉爾森和方丹才提出一種說法，這是兩顆衛(wèi)星，但是幾乎共用了同一條環(huán)繞軌道。所以才會那么怪異。

第二年，也就是1979年，先驅者11號就和這個奇怪的土衛(wèi)10有了一次親密接觸。不過最終拍攝到土衛(wèi)10和土衛(wèi)11這兩個家伙照片的是旅行者1號。旅行者號拍的照片非常清楚，土衛(wèi)10的半徑又被下調到了140公里。不過這是下一年，也就是1980年的事兒了。

事情是這樣的，這兩顆小天體的軌道半徑幾乎是一樣的，只相差了50公里。這兩個小家伙每過幾年就有一次相遇的機會。當這兩個小家伙逐漸接近的時候。因為萬有引力互相吸引，跑的快的速度會變慢，跑的慢的速度會變快。結果呢，減速的那個軌道半徑會變小，加速的那個軌道半徑會變大。于是，這兩個家伙居然交換軌道了。這次你跑外圈，我跑里圈，下次再遇到就再次交換，你跑里圈，我跑外圈。這種情況，實際上也是限定條件下的三體問題，只是比較另類罷了。

先驅者11號除了拍攝到了一大串土星的衛(wèi)星。還發(fā)現(xiàn)了土星有磁場，雖然比不上木星，但是也比地球強了500多倍。土星也一樣有輻射帶，有磁層。先驅者11號發(fā)現(xiàn)了了兩個新光環(huán)，一個F環(huán)，一個是G環(huán)，G環(huán)在F環(huán)之外，更加暗淡，更加稀疏。但是從照片上還是可以分辨出來的。但是那個傳說中的E環(huán)卻沒探測到。

另外，卡西尼縫里面也不是空的，也是有大量的顆粒物，因為A環(huán)和B環(huán)太亮太顯眼了，才襯托得這個卡西尼縫比較黑。其實卡西尼縫的亮度和后邊的C環(huán)差不多。最內側的D環(huán)，照片上也分辨不出來。根據(jù)先驅者11號的數(shù)據(jù)推測，土星環(huán)的密度很低，主要是冰顆粒組成的，所以反光比較強。

要進一步了解太陽系的這幾個大家伙，只能等待日后的旅行者1號和二號了。這個時候它們倆還在路上呢，此處按下不表。蘇聯(lián)人這幾年在干什么呢？他們正在跟火星慪氣呢。他們的火星探測任務已經(jīng)失敗了好幾次了。這到底是怎么回事呢？我們下回再說。