美麗的土星環本從哪來:是1億年前捕獲的彗星“骨灰”

美麗的土星環是太陽系的奇蹟之一,任何一個通過望遠鏡看到它們的人都無不驚歎。然而卻有一個一直在困擾著科學家的問題:土星環究竟有多古老?

幾十年來科學界分為兩個陣營,有人認為土星環系統是在46億年前形成的,那時候太陽系正在太陽誕生時巨大力量產生的滾滾塵埃中形成。另外一種說法是,這些環是一個相對年輕的特徵,他們形成於1億年前恐龍在地球上行走的時候。

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最新的研究支持了土星環起源於恐龍年代的說法。根據目前的模型,行星環質量越大,它們就越古老,反之亦然。新的研究表明,這些環的質量沒有科學家們想象的那麼大,這意味著它們也更年輕。研究人員表示,根據他們對土星環質量的新估算,結合以前的研究,表明這些環有1000萬年到1億年的歷史。

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本週四發表在《科學》雜誌上的一項最新研究,回答了一個想要了解土星環年齡的的基本前提,那就是這些令人驚歎的光環中究竟有多少物質? 從上世紀70年代末到80年代初的“旅行者”雙星探測器開始,幾十年來對土星環質量的估計一直存在很大差異。即使是位於土星軌道內的卡西尼號,也是在其壽命即將結束前才傳回了準確的測量數據。

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科學家必須得感謝卡西尼號,之前的觀察只能把土星和土星環的質量加在一起,而沒有辦法把它們分開。卡西尼號得以讓科學家首次計算出單獨的土星環的質量。在卡西尼號的最後的行動中,它在土星環中進出。這艘宇宙飛船被土星環的引力力以及從地球大氣層深處散發的強風所推擠。

科學家利用這些效應影響所導致的速度變化、微波信號變化,可以推算出土星及其周圍引力場強度,進而計算出光環的質量。他們計算出它的質量大約是15 quintillion千克,大約相當於地球衛星月亮質量的兩千分之一,土衛一Mimas質量的40%。換句話說,土星環的質量大約是整個南極冰架的一半,覆蓋的面積是地球的80倍。

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NASA噴氣推進實驗室的行星科學家邦尼·布拉蒂表示,這是對土星環最精確的測量,雖然誤差幅度相當大,大約有25%到30%的不確定性,但它比科學家以前得到的任何數據都要準確得多。於是科學家家進而得出了一個結論,土星環可能形成於恐龍年代。

大多數科學家現在一致認為土星環並不是與土星一起形成的。這就引出了另一個尚未解決的問題: 土星環從何而來? 之前一個流行的觀點是:年輕的太陽系是一團混亂的飛行碎片,土星有可能將捕獲了其中一些碎片,然後持久在土星的的軌道上運行。

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科學家現在懷疑土星環是宇宙闖入者的碎片。月亮、彗星或小行星,它們一定離土星太近了。一股引力將其拉向土星,另一股引力將其抽離,在兩股引力的夾擊下,該物體被碾壓稱成碎片。隨著時間的推移,這些碎片逐漸平展形成了一個精緻的圓盤。美國宇航局戈達德太空飛行中心研究土星系統的科學家詹姆斯·奧多諾霍對此場景形容說:它就像一個遍佈在土星上空的墓地。

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為了真正探測土星環的起源,科學家們未來可以使用另一個卡西尼號航天器,因為土星環是一個巨大的物體,可以派一臺探測器去土星環上抓取岩石,研究它的內部結構。現在我們看到的可能是最新的土星環,也許還有一些更古老的土星環,隨著時間已經慢慢消失了。

之前有研究說,土星的標誌性光環可能在3億年內消失,事實上木星、天王星和海王星,它們都有自己非常薄的光環。更有趣也可怕的是,這樣的環也可能發生在地球上,一顆彗星能夠在地球上空形成光環。但我們可能看不到它們的存在,因為它們的出現對地球上的生命可能意味著災難性的滅亡。


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