土星的这个“草帽” 居然藏着行星形成的秘密

科学家发现土星飞碟形状卫星来自土星光环

土星的这个“草帽” 居然藏着行星形成的秘密

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计算机合成的“亚特拉斯”卫星图片

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北京时间6月16日消息,据国外媒体报道,近日,法国科学家最新研究发现,土星光环可能形成了众多奇形怪状的小卫星,其中一些飞碟形状的卫星是由光环中的冰和尘埃所形成。

夜幕降临时,透过望远镜,你会看到一颗特别的天体,看上去像是一顶纹饰精美的“草帽”,它就是土星,美丽的“帽沿”便是大名鼎鼎的土星环。土星环是如何形成的?光环内物质有着怎样的精细特征?一直以来,无论是天文爱好者,还是专业的天文学家,都渴望能更多地揭开土星环的面纱。

一般认为,那些围绕土星运行的较大卫星大约在45亿年前成形。然而,科学家们通过对土星的五颗小卫星的轨道进行计算后发现,这五颗位于土星主光环之内或外围的小卫星非常年轻,它们的历史应该小于1000万年。比如,它们都拥有明亮的、几近纯净的冰质表层,而且大部分都未因为受到来自流星体的撞击而损坏。

对土星环进行探测,是“卡西尼”号探测器的任务之一。通过分析“卡西尼”号任务结束前传回的数据,科学家团队对土星环有了新的认识,同时也产生了一些新的疑问。相关论文日前发表在《科学》杂志上。

法国巴黎第七大学行星科学家塞巴斯坦-查尔诺兹认为,“在如今的太阳系中,仍然不断有新天体形成。我们过去习惯认为,所有一切都是形成于四、五十亿年前。但事实上并非如此。今天,新天体仍在形成。”关于这些小卫星的其他古怪的细节还有,它们的密度非常小,甚至小于脂肪密度的三分之二。这表明,这些小卫星内部可能含有某种神秘的空胞。

诞生是个谜 土星环是个“年轻人”

关于这种婴儿卫星的起源,一种可能就是它们由土星的光环所形成。然而,直到最近,科学家们仍然没有足够的计算能力来模拟土星光环产生小卫星的过程。查尔诺兹和同事们利用模拟实验分析了土星和它的光环以及卫星之间的相互影响。科学家们发现,这些奇怪的小卫星首先是由土星光环边界的粒子经相互吸引而形成。接下来,这些松散结合的小卫星在土星和光环的牵引下,开始向外飞行。

长久以来,围绕土星环的形成有多种假说。其中一种认为,土星诞生之初可能就带着光环,这意味着土星环可能有着数十亿年的历史。

查尔诺兹表示,“光环和小卫星事实上是一个单一的系统。它们看起来不同,但它们只是同一个系统的不同组成部分而已。小卫星由光环产生,反过来它们又通过重力相互作用改变光环。这一发现告诉我们,太阳系天体的形成有不同的方式。它还告诉我们,大行星的环境比以前所认为的更具动态性,我们不明白的事情还很多。”查尔诺兹等人的详细研究成果将发表于7月10日出版的《自然》杂志上。

了解土星环的质量是解锁其年龄秘密的重要一环。此前,科学家已经弄清楚了土星环的质量与其年龄之间的关系:质量越低,环越年轻。

土星光环和卫星的最新模拟实验也表明了行星及其卫星的进化过程。美国康奈尔大学行星科学家约瑟夫-博恩斯表示,“这也从理论上支持了这种观点,即圆盘与内含的天体之间存在某种隐密的联系。这些小卫星可能都是最近才形成,这就意味着,该系统正在我们眼皮底下以某种方式进化着,尽管可能需要很长时间才能看到真正的变化。”博恩斯并没有参与查尔诺兹等人的研究项目。

燃料耗尽前,“卡西尼”号在土星和土星环之间进行了22次俯冲,以进入土星的重力场。在那里,它可以感受到土星和环的引力。一旦科学家知道引力对“卡西尼”号的影响有多大,他们就能确定土星以及环的质量。

查尔诺兹解释说,“关于土星光环的起源,至今仍然是个谜,我们不得不先研究卫星,这是关于土星光环起源的另一条线索。这种新机制是否足够形成土星所有的冰质卫星呢?我们暂时还没有找到线索,但这值得研究。最有趣的是要弄清楚这些土星卫星的内部结构,但目前线索很少。也许‘卡西尼’飞船或未来的太空任务可以告诉我们答案。”

通过分析“卡西尼”号传回的数据,科学家对土星环的质量有了新的认知。多年来,科学家一直倾向于相信土星主环B环的质量很大,甚至大过土卫一。

科学家认为,这种卫星的形成过程还将有助于探索地球卫星月球的奥秘。查尔诺兹认为,“如果月球的形成过程与我们所描述的土星卫星的形成过程非常相似,那么月球应该来自原始月球圆盘。最初的试验显示,我们的模型再现了月球从原始月球圆盘产生的过程。此外,我们还希望能够计算出原始月球的化学组成。”

然而,“卡西尼”号的无线电科学团队测量得到的主环B环只是土卫一质量的0.4倍。

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“这么小的质量,不可能是跟土星一起形成的。”中科院国家天文台研究员平劲松介绍,此外,“卡西尼”号携带的宇宙尘埃分析器获得的数据,同样支持土星环的年龄约在1.5亿—3亿年之间,或是更加年轻这一结论。

既然不是和土星同时形成的,那土星环是如何诞生的?科学家推测,可能是一颗彗星或是小行星撞上了土星的一颗卫星,产生的碎屑留在轨道上,被持续撕裂,造就了土星环。

如果这种假说成立,那么这颗“粉身碎骨”的天体有多大?平劲松介绍,据测算,它的质量和月球差不多大小。

土星环的年龄比此前设想的要年轻得多,是“卡西尼”号带来的惊人发现之一。平劲松认为,现有的发现改写了土星环演化起源的历史,这一形成机制可能不仅适用于土星环,对于其他行星环的形成来说也可能是成立的。

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