對土星環進行探測,是“卡西尼”號探測器的任務之一。

文章作者:管理一號 | 2019-08-10
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夜幕降臨時,透過望遠鏡,你會看到一顆特別的天體,看上去像是一頂紋飾精巧的“草帽”,它便是土星,美麗的“帽沿”便是大名鼎鼎的土星環。土星環是怎么構成的?光環內物質有著怎樣的精密特征?一向以來,無論是天文愛好者,還是專業的天文學家,都渴望能更多地揭開土星環的面紗。

對土星環進行探測,是“卡西尼”號探測器的使命之一。通過剖析“卡西尼”號使命結束前傳回的數據,科學家團隊對土星環有了新的認識,一起也產生了一些新的疑問。相關論文日前發表在《科學》雜志上。

誕生是個謎 土星環是個“年青人”

長久以來,圍繞土星環的構成有多種假說。其間一種以為,土星誕生之初或許就帶著光環,這意味著土星環或許有著數十億年的歷史。

了解土星環的質量是解鎖其年齡秘密的重要一環。此前,科學家現已弄清楚了土星環的質量與其年齡之間的聯系:質量越低,環越年青。

燃料耗盡前,“卡西尼”號在土星和土星環之間進行了22次俯沖,以進入土星的重力場。在那里,它可以感受到土星和環的引力。一旦科學家知道引力對“卡西尼”號的影響有多大,他們就能確認土星以及環的質量。

通過剖析“卡西尼”號傳回的數據,科學家對土星環的質量有了新的認知。多年來,科學家一向傾向于相信土星主環B環的質量很大,乃至大過土衛一。

然而,“卡西尼”號的無線電科學團隊丈量得到的主環B環僅僅土衛一質量的0.4倍。

“這么小的質量,不或許是跟土星一同構成的。”中科院國家天文臺研討員平勁松介紹,此外,“卡西尼”號帶著的宇宙塵埃剖析器取得的數據,相同支撐土星環的年齡約在1.5億—3億年之間,或是愈加年青這一定論。

已然不是和土星一起構成的,那土星環是怎么誕生的?科學家推測,或許是一顆彗星或是小行星撞上了土星的一顆衛星,產生的碎屑留在軌道上,被持續撕裂,造就了土星環。

如果這種假說建立,那么這顆“粉身碎骨”的天體有多大?平勁松介紹,據測算,它的質量和月球差不多巨細。

土星環的年齡比此前設想的要年青得多,是“卡西尼”號帶來的驚人發現之一。平勁松以為,現有的發現改寫了土星環演化起源的歷史,這一構成機制或許不只適用于土星環,關于其他行星環的構成來說也或許是建立的。

土星環的“三面像” 不同結構有獨特成因

亮堂又寬廣的土星環,延伸到土星以外遼闊的宇宙空間。從遠處看,它是一個柔和、整體的光環。可是,根據探測器近間隔拍回的相片顯示,這個環并非整體,而是由許多小環組成。

首要的土星環,寬度從48公里到30.2萬公里不等。間隔土星從近到遠的土星環分別按被發現的順序命名為D、C、B、A、F、G和E環。其間,B環最寬、最亮,質量也最大。

在最后一次觀測土星環時,“卡西尼”號發現了從塊狀到稻草狀的各種紋路和圖畫。它所拍攝的星環特寫相片展示了星環內部三種天壤之別的結構——團塊結構、滑潤結構和條紋結構。

星環內部不同的紋路和結構怎么構成的?平勁松逐個進行了剖析。當一個小天體撞上土星衛星后,從動力學進程剖析,碰擊后的碎片會逐漸從大塊往小塊改變。在這個進程中,碎片逐漸均勻分布的或許性較高。土星環中比較平坦光滑的部分,或許便是在這樣一個進程中構成的。

碎片運動進程,會受到其他衛星的效果。并不是所有的區域都存在安穩的軌道,在一些屬于共振的區域,會呈現不安穩的情況。碎片停留在不安穩的區域,或許會被拽走。密度高的地方相對安穩,密度低的地方就不太安穩,這樣會構成條紋狀的結構。

還有一些從頭匯聚出來的、尺寸比較大的土星衛星,它的軌道和光環是在一個平面上。它對光環的影響,就像一艘快艇沖到河里的效果一樣。光環在被沖擊的進程中,一些地方的邊際就不那么均勻了,從而構成團塊的現象。

“這是三種比較或許的狀態,當然,在土星環的構成進程中,也還有其他的因素在起效果。”平勁松說道。

天然的實驗室 供給研討行星構成的頭緒

事實上,令科學家著迷的,不只僅是土星環自身。土星環內部物質彼此效果的進程,與恒星周圍原行星盤內的行星構成進程極為類似。

“因而,土星環可視作是一個天然的實驗室,為科學家進一步了解行星的構成進程供給許多頭緒。”平勁松說道。

眾所周知,恒星在由氣體和塵埃組成的巨球(原星系盤)中心構成, 剩下的物質漸漸凝集為類似土星環的圓盤,行星則在這個圓盤中逐漸集合而成。

如今的太陽系,現已很難找到構成之初的直接頭緒了。但借助對土星環的研討,或許能部分復原當時的情形。

如果說,前期巖石類的行星在宇宙中磕碰集合構成還是一個假說的話。那么,土星環里的小衛星,與環內很多存在的多冰顆粒發作交互效果,則供給了實實在在的比方。

“起初,小天體碰擊土星衛星時,它被分解成無數個小碎塊。其間一些在環內運行時,彼此聚攏堆積成密度不太大、體積稍微大一點的天體,成為了土星的衛星。這和前期巖石類行星構成的進程非常類似。”平勁松說道。

他以為在行星構成演化的進程中,碰擊和匯聚是平行的兩個重要方法。磕碰讓物質從頭分布,匯聚讓體積逐漸變大,終究構成現在所看到的情形。在39億年前,乃至更早的時期,估計發作概率更高的是一邊磕碰一邊匯聚的情形。

跟著研討的深入,土星環的面紗被逐漸揭開。但關于土星環仍然還有不少待解的謎團。比方,土星環的內環和高層大氣現已很接近了,那么它和高層大氣之間存在什么樣的物質交換效果機制?按照現在的動力學進程,土星環會存在多久?土星環里大一點的冰塊是否會再次瓦解?想要回答這些問題,還有待進一步的科學研討。

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