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土星壮丽的光环是否自古有之?

从目前这个数字来推测,土星环是较近才形成的,最远不过1亿年前,最迟甚至是1000万年以内的事情。

土星壮丽的光环是否自古有之?“卡西尼”号探测器在“生命”最后阶段的数据给出了否定的答案。相关论文发表在北京时间1月18日的美国《科学》杂志上。

大家或许还记得这艘来自上世纪的土星飞船。北京时间2017年9月15日傍晚,就在“卡西尼”号发射20周年纪念日的前一个月,它接到了来自美国国家航空航天局(NASA)的最后一道指令:自我毁灭,任务代号“大终章”。

卡西尼号用了7年抵达土星,又用了13年日夜陪伴,拍下近40万张照片。最终,它22次高速往返飞掠土星环,再一头扎进浑厚的大气层,与这颗庞大的行星融为一体。

人类得以借助卡西尼号的“眼睛”,观察土星环和土星之间的未知地带。在此之前,卡西尼号只在外围活动,土星和土星环的质量融合在一起,难分彼此。只有飞行到两者之间,受到两边引力的影响,卡西尼号的飞行轨迹会表现为“拉锯战”的状态,成为一只合格的重力探测器。

年轻的光环

此前,科学家们分析光环间的密度波,对土星环质量的估计大约为土卫一的三分之一或二分之一。土星的62颗行星编织出密度波,造成土星最大的两道环A和B之间的著名断带。法国天文学家卡西尼在1675年最早发现这条缝隙。后来,它被命名作“卡西尼分界线”。

不过,很多人并不信任密度波的计算方法。他们担心,土星环间存在一些“看不见的质量”。

幸好有了卡西尼号的遗产,科学家们第一次较为准确地估算出土星环质量:大约为土卫一的40%,符合密度波计算给出的范围。

这个质量很小。要知道,土卫一的质量就只有月球的2000分之一。它是颗圆润的行星,直径246公里,上有一个巨大的撞击坑,酷似《星球大战》中的死星。

根据相关演化理论,土星环的质量与它的年龄息息相关,质量越小就越年轻。这是因为这些美丽的光环一开始是由冰构成的,反射出明亮的光芒。随着时间的推移,行星间的杂质会附着上来,使得冰块质量变大、光芒变暗。

从目前这个数字来推测,土星环是较近才形成的,最远不过1亿年前,最迟甚至是1000万年以内的事情。

针对土星环的起源,科学家们长期争执不下,主流的有两派:一派认为土星环是在太阳系演化的后期阶段,由土星周围的残冰聚成的,时间大约为45亿年前;另一派认为土星环十分年轻,是土星后来从太阳系外围的柯伊珀带捕获了一颗天体,逐渐碾碎散作光环。

论文作者表示,虽然估算出了年龄,但还不能给土星环的起源盖棺定论。

土星有风

一个插曲也值得一提。科学家们一开始用新方法计算的时候并不顺利,卡西尼号的最终轨迹并不符合任何一个模型的预测。加州大学伯克利分校地球与行星科学教授布卡德·米利泽(Burkhard Militzer)说:“我第一次看到数据时难以置信,我对我们的模型是很有信心的。”后来,他们找到了问题所在,把土星大气层涌动的“风”也考虑进来,数据才可以解读。这种“土星风”集中在土星赤道地区,有点像地球上的云,只有薄薄的一层。

他们还发现,土星赤道表面的“土星风”比起大气层下9000公里深处的“土星风”,旋转速度要快上4%,旋转一圈少9分钟。

目前,还不能确定土星内核存在什么样的结构,使得大气层深处的“土星风”转得更快。

不过,米利泽倒是能计算出土星的岩石内核质量应当介于地球的15倍至18倍之间,与此前的预测相符合。

澎湃新闻
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