土星的这个“草帽”居然藏着行星形成的秘密

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。

 

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。

 

诞生是个谜 土星环是个“年轻人”

 

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。

 

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。

 

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。

 

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。

 

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。

 

“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。

 

土星环的“三面像” 不同结构有独特成因

 

明亮又宽广的土星环，延伸到土星以外辽阔的宇宙空间。从远处看，它是一个柔和、整体的光环。但是，根据探测器近距离拍回的照片显示，这个环并非整体，而是由许多小环组成。

 

主要的土星环，宽度从48公里到30.2万公里不等。距离土星从近到远的土星环分别按被发现的顺序命名为D、C、B、A、F、G和E环。其中，B环最宽、最亮，质量也最大。

 

在最后一次观测土星环时，“卡西尼”号发现了从块状到稻草状的各种纹理和图案。它所拍摄的星环特写照片展示了星环内部三种截然不同的结构——团块结构、平滑结构和条纹结构。

 

星环内部不同的纹理和结构如何形成的？平劲松逐一进行了分析。当一个小天体撞上土星卫星后，从动力学过程分析，撞击后的碎片会逐渐从大块往小块变化。在这个过程中，碎片逐步均匀分布的可能性较高。土星环中比较平坦光滑的部分，可能就是在这样一个过程中形成的。