土衛七

約翰·赫歇爾（John Herschel）在他的1847年出版的《好望角天文觀測結果》中建議了土星前七顆衛星的名字。土衛七在不久之後的1848年9月16日被發現威廉·邦德發現，兩天後威廉·拉塞爾也獨立發現了土衛七，並支持按約翰·赫歇爾書中建議的方案Hyperion來命名。威廉·拉塞爾還在威廉·邦德之前公布這個發現。

Hyperion是希臘神話中泰坦（警覺和觀察之神）的名字，常被譯為亥伯龍、海伯利安、休伯利安。Hyperion是大地之神蓋亞（Gaia）與天空之神烏拉諾斯（Uranus，天王星）的兒子，他是最早的太陽神，是太陽神赫利俄斯（Helios）的父親，是月亮神和繆斯女神之父，是泰坦克羅努斯（Cronus，在希臘神話中相當於羅馬神話中的農神Saturn，也就是土星）的哥哥。 土衛七也被稱為Saturn VII。

形狀

土衛七最長的直徑僅有360千米，但卻是太陽系中已知高度不規則形狀（非橢球形，即不處於流體靜力平衡）的最大物體之一，僅次於海衛八。土衛七的質量約為土衛一的15%，土衛一是已知質量最小的橢球體。土衛七上最大的撞擊坑直徑約為121.57千米（75.54英里），深度為10.2千米（6.3英里）。對這種不規則形狀的一種可能解釋是，土衛七原本是一個更大星體的碎片，在遠古時代受到巨大撞擊而破碎。原始土衛七的直徑可能在350–1000千米（220–620英里）之間。據推測在大約1000年的時間裡，原始土衛七破碎產生的碎片會以低速撞擊土衛六，使土衛六大氣中充滿了各種揮發物質。卡西尼號在2005年9月26日飛掠土衛七時，探測器出乎預料地發現土衛七釋放出強烈的帶電粒子流，電壓高達200伏。土衛七的表面很可能帶靜電，因為它沐浴在來自於太陽和土星的帶電粒子中。

組成

像大多數土星的衛星，土衛七的低密度表明它主要由水冰組成，只有少量岩石。土衛七的物理成分可能類似於一堆鬆散堆積的瓦礫。但是，與大多數土星衛星不同的是土衛七較低的反照率 （0.2–0.3），說明它至少被一薄薄的深色物質所覆蓋。這可能是來自土衛九（那要黑得多）從土衛八那裡獲得的物質。土衛七比土衛九更紅，並且與土衛八身上深色物質的顏色非常接近。土衛七的孔隙率約0.46 。

表面特徵

旅行者2號飛掠土星系統時，僅在遠處拍攝了土衛七，只能辨別出獨立撞擊坑和一個巨大的山脊，但無法辨別土衛七表面細節。卡西尼號拍攝的早期圖片顯示了土衛七有一種不尋常的外觀，但是直到卡西尼號於2005年9月25日首次近距離飛掠土衛七時，才充分揭示了土衛七的奇異之處。土衛七的表面覆蓋有深而銳利的撞擊坑邊緣使它看起來就像一塊巨大的海綿，或者一個巨大的榴槤。包含長鏈碳和淡紅色物質填滿每個撞擊坑的底部，並且看起來與其他土星衛星（尤其是土衛八）發現的物質非常相似。科學家認為土衛七不同尋常的類似海綿的外觀歸因於如此大的物體密度卻異常的低。土衛七的低密度使其具有相當大的多孔性，表面重力較弱。這些特徵意味著撞擊物體傾向於壓實表面而不是挖掘表面，並且從表面吹走的大多數物質永遠不會返回。卡西尼號在2005年和2006年飛掠土衛七期間獲得的最新數據分析表明，其中約有40％的體積是空的。在2007年7月，有人認為這種孔隙率將使撞擊坑幾乎永遠保持不變。新分析還證實，土衛七主要由水冰組成，岩石很少。

土衛七（Hyperion）是土星的較大衛星之一，它在離土星比最大衛星——土衛六更遠（它們的軌道半徑比約1.6）軌道上、約21.3天繞土星轉一圈。由於土衛七軌道偏心率大（0.03）而受土星和土衛六的引力在變化，造成它的自轉周期經常變化，這在太陽系所有衛星中是很特殊的。土衛七大致近似於三軸長360×280×225公里的橢球，質量為800萬億噸。它的形狀很不規則，這是嚴重隕擊造成的。它的表面顯得最古老，隕擊坑累累，最大隕擊坑的直徑約120公里、深10公里。其表面布滿蜂窩狀坑體，看起來像是一個巨大的榴槤。據《新科學家》雜誌近日報道，“卡西尼”號探測器最近在飛越土衛七時發現了一種奇特的現象———這顆土星的衛星並沒有一個持續不變的旋轉軸線。在“卡西尼”號之前，“旅行者”號探測器也曾拍攝過20餘幅土衛七的照片，不過由於距離太遠，當時科學家們未能從中發現該衛星的獨特運行形態。

天文學家們到目前仍不清楚，土衛七是否是其他某一天體遺留下的殘骸。在學者們看來，土衛七就像是太陽系中最大的一塊“宇宙碎片”，不過，由於其附近缺乏其他零碎的“細節”，現在還無法弄清楚其到底是如何形成的。這顆長度為360千米、厚度約225千米的衛星上布滿了大小不等的隕石坑，照射到其表面的陽光中只有四分之一會被反射回宇宙空間，因此其亮度較低，很難從地球上對其進行精確觀測。

從土衛七的外形上看，它只有在兩個方向上可以保持穩定的旋轉狀態（物理學家們將這種形狀的物體稱為不對稱迴轉體）。然而，由於受到太陽系各大行星和土星其他衛星的影響，土衛七的旋轉極不規則，因此很難預測其上何時會是“白天”，何時是“夜晚”。

卡西尼號飛船從土衛七近旁飛過，首次揭示土衛七的表面細節，顯示出在杯狀的隕擊坑內填充有碳氫化合物。這可以表明，在我們的太陽系更廣泛地存在著生命所需的基本化合物。

在卡西尼飛船拍攝的土衛七圖像上，疊加兩部分區域的物質成分圖。藍色表示最暴露的水冰。紅色表示“乾冰”（即，二氧化碳冰）。品紅色表示水加二氧化碳混合。黃色為二氧化碳與未證認物質混合。

卡西尼飛船在2005年9月從土衛七近旁飛過時，用多種儀器探測它的秘密，拍攝到其表面的隕擊坑等特徵，發現了水冰和乾冰及有碳氫化合物光譜特徵的暗物質，繪製表面物質分布圖。

行星科學家柯雷薩恩克（Dale Cruikshank）說，特別有趣的是土衛七上存在碳氫化合物。在彗星、隕石和銀河系的塵埃中都發現有碳原子和氫原子的化合物。這些分子摻合到冰中和暴露於紫外光下，就形成有生物意義的新分子。但這不就意味找到了生命，而是進一步指明，宇宙中廣泛地存在著生命所需的基本化合物。

卡西尼飛船上的紫外、可見光和紅外攝像光譜儀拍攝了土衛七表面細節，可以繪製礦物和化學特徵分布圖，證實了以前從地球上觀測土衛七存在凍結水的發現。而且又發現乾冰跟普通水冰以非預料方式的混合。在土衛七表面最亮區域的像顯示跟地球上類似結晶的凍結水。柯雷薩恩克解釋說，土衛七表面的冰是凍結水與有機物塵埃的混合物，而乾冰也很顯著。

飛船探測土星的其它衛星以及木星的衛星——木衛三和木衛四都說明，二氧化碳分子是“複雜的”，或以多種方式附著於其它表面物質。柯雷薩恩克說，我們以為普通二氧化碳要很長時間才從土星的衛星表面蒸發，但當它們附著於其它分子時就更穩定得多。

卡西尼飛船科學家韓德里克斯（Amanda Hendrix）說，飛越土衛七更顯示卡西尼飛船的多波段儀器的能力，這是第一次對土衛七進行紫外探測，告訴我們這顆迷惑衛星的化學差異。

科學家還介紹說，土衛七上有冰凍水與此前地面觀測的結果是一致的。新觀測進一步發現，土衛七冰凍水雖然像地球上的冰凍水一樣呈晶體形態，但大多與有機粉塵混合形成“臟冰”，而且乾冰與“臟冰”以一種奇特的方式混雜在一起。

土衛七上乾冰的成分也不純，其二氧化碳分子以某種化學組合方式與其他分子結合在一起。此前對土星其他衛星以及木星衛星的探測也發現，這些衛星上的二氧化碳分子的確不純，很多都與衛星表面的其他物質以不同方式相結合。克魯斯漢克認為，與其他分子相依附可能使二氧化碳分子更加穩定，否則在土衛七長時期的演進過程中，二氧化碳分子可能早就蒸發殆盡了。科學家認為，對土衛七表面成分的新分析結果將有助於理解這顆土星衛星的起源以及在長達45億年中的演進歷程。

美國航空航天局科學家們利用“卡西尼”號探測器對土衛七進行了一次探測，並拍攝了相關的照片，探測結果顯示，土衛七表面充滿了孔洞，看上去就像一塊“海綿”，這些孔洞中可能還含有碳氫化合物，這一發現預示著銀河系中廣泛存在生命所需的化學物質。

來自科內爾大學無線電物理及太空研究中心的科學家彼得·托馬斯和他的同事們在一期《自然》雜誌上發表文章稱，土衛七表面約40%的區域都呈孔狀。早在2005年到2006年間，“卡西尼”號就曾經數次親密接觸土衛七，並對其進行探測。

托馬斯表示，“卡西尼”號拍攝這張照片的位置距離土衛七非常近，照片上所顯示的多孔結構也是我們首次發現，這對於研究土星家族的秘密具有非常重要的意義。

土衛七是太陽系中最大的一顆高度不規則（非球形）天體，其公轉軌道距土星1481100公里，圍繞土星旋轉一圈的周期為21.3天。土衛七體積不大，最長部分僅有360公里長，但它是形狀不規則的土星衛星中最大的一顆，也是太陽系中最大的形狀不規則天體之一。由於土衛七形狀不規則、自轉混亂、表面多孔，科學家此前曾提出，土衛七可能是從某個較大天體上剝落下來的。不像土星的其他衛星的是，土衛七的反照率較小（.2 - .3），表明它至少覆蓋著一層薄薄的暗色物質。

康奈爾大學科學家的新分析結果表明，土衛七可能由微小物質顆粒累積而成。由於質量太小、引力不足以對自身進行壓縮，土衛七保留了不規則的形狀。大天體通常會在自身引力作用下變得緊密，使形狀接近球形。

多孔結構比較鬆軟，因此隕石在土衛七上留下的痕迹比砸在普通固態天體上形成的隕石坑要深一些。科學家估計，土衛七的密度為每立方米544公斤，比水輕將近一半，這意味著它內部的絕大部分都是多孔的。

科學家們在研究中還發現，土衛七的主要成分是冰，而且其中混有有機物雜質。這意味著土衛七是一塊“骯髒的冰海綿”。科學家認為，包括土星一些近距離小衛星在內的其他一些低密度天體也可能有著多孔結構，不過這還需要進一步觀測驗證。

卡西尼號探測器在2005年9月26日飛掠土衛七。當靠近土衛七時，卡西尼號探測器出乎預料地發現土衛七釋放出強烈的帶電粒子流，電壓高達200伏。土衛七的表面很可能帶靜電，因為它沐浴在來自於太陽和土星的帶電粒子中。

來自美國航空航天局艾姆斯氏實驗中心和天文學家德爾·克魯克沙克（音，Dale Cruikshank）稱，“從照片上看，土衛七表面的這些孔的底部一片黑暗，無法判斷其內部的結構，這一點與土衛八和土衛九的部分地區結構非常相似。最讓人感興趣的是在土衛七上發現了碳氫化合物。‘卡西尼’號探測器傳回的數據顯示，土衛七表面含有冰水和乾冰（固體二氧化碳），這些乾冰以很特別的方式與普通冰混合在一起，這些地區的凍水以晶體的形式存在，與地球上的很相似。當這些冰凍分子暴露於紫外線下時，會形成具生物學意義的新分子。雖然這並不表示我們已經在地球外發現了生命，但是它更進一步地顯示了生命所需的基本化學物質在宇宙中是廣泛存在的。”

旅行者2號拍攝的圖像以及之後的地面光度測定顯示土衛七的自轉是混沌的。也就是說，土衛七的自轉軸擺動幅度太大，以至於自轉軸的指向不可預測。土衛七的李雅普諾夫時間大約為30天，土衛七與冥衛一、冥衛二，是太陽系中僅有的幾顆已知自轉混沌的衛星，儘管這種情況在雙小行星中很常見。土衛七也是在太陽系中僅有的未被潮汐鎖定的天然衛星。土衛七是非常不規則的形狀，軌道相當偏心且靠近比其大很多的土衛六。這些因素共同限制了可能穩定旋轉的條件。土衛六和土衛七之間3：4軌道共振也可能使自轉混沌旋轉的可能性更大。與土星的許多其他衛星相比，土衛七表面具有相對均勻的后隨半球和前導半球，這可以用自轉未被鎖定來解釋。

卡西尼號在中等距離上多次拍攝土衛七。第一次近距離飛掠發生在2005年9月26日，距離500千米（310 英里）。2011年8月25日，卡西尼號在25000千米（16000英里）的距離上又進行了另一次抵近，第三次接近發生在2011年9月16日，最近時距離58000千米（36000英里）。卡西尼號的最後一次飛掠是在2015年5月31日，距離約34,000千米（21,000英里）。