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土星环形成于行星诞生之后很久

一项新研究进一步揭示了土星闪亮冰环来源的谜团。

作者:Matt Hrodey
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卡西尼号在土星前方。图片来源:Dotted Yeti/Shutterstock

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一项依赖于已退役的卡西尼号飞船(该飞船绕土星运行了13年)数据的论文得出结论,土星的七个环比土星本身年轻得多。

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土星环就像宇宙珍珠——大部分是水冰块,大小相当于巨石或更小——这些珍珠有点脏,而且只会越来越脏。它们以一定的速度收集飞过太阳系的尘埃。科学家们直到卡西尼号将其精确测定后才知道这个速度,这有助于科学家们确定土星环的年代。

宇宙尘埃如何确定土星环的年代

卡西尼号的宇宙尘埃分析仪,形状像一个桶(尽管是一个带有先进传感器的桶),收集尘埃并分析其轨迹和化学成分。在13年里,它只发现了163颗来自土星环境之外的尘埃颗粒,这表明尘埃会以渐进的速度在土星环上积累。

科罗拉多大学博尔德分校的物理学家 Sascha Kempf 在一份新闻稿中说:“把土星环想象成你家里的地毯。灰尘会落在你的地毯上。土星环也是如此。”

研究人员根据土星环目前的污垢程度和周围尘埃的水平估算了土星环的年龄。结果呢?土星环的年龄在1亿到4亿年之间,比土星本身(45亿年)年轻得多。

这使得土星环成为一种近期现象,而不是来自原始过去的东西,从而引发了新的问题。

关于土星及其光环的新谜团

“如果这些光环是短暂的、动态的,那我们为什么现在还能看到它们?”他说。“这太幸运了。”

光环的冰本身就是一个谜,因为它们按体积计算是98%(或更多)的纯水冰,只有极少量的岩石物质。加起来,所有这些原始冰的体积大约是土星卫星土卫一的一半。

Kempf 说:“想要形成如此洁净的东西几乎是不可能的。”

据美国宇航局科学家称,它可能不会永远持续下去——土星的引力正在缓慢地将土星环吸入,并吞噬它们。但土星环至少在未来1亿年内不会完全消失。据该航天机构称,每半小时,土星就会从土星环中吞噬相当于一个奥运会标准游泳池的冰。

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“我们大致知道这些环的年龄,但这并没有解决我们的任何其他问题,”肯普夫说。“我们仍然不知道这些环最初是如何形成的。”

一种理论认为,这颗行星的引力撕裂了它的众多卫星之一(其数量可能多达145颗),而我们现在看到的便是残骸。

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伽利略和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

对土星的观测始于望远镜发明之前,因为肉眼可见,但伽利略·伽利莱首次通过望远镜发现了土星环。他起初不知道它们是什么,并在他的笔记中画了行星两侧的扁平环。

19世纪,苏格兰科学家兼博学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦得出结论,这些环一定是由松散物质而非固体带组成的。因此,需要解释这些物质的来源和形成时间。

“在某种程度上,我们已经解决了詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的一个问题,”肯普夫说。

  • Matt Hrodey

    Matt是DiscoverMagazine.com的特约撰稿人,他关注人类意识研究的新进展和太空科学中的重要问题——包括我们的宇宙是否存在于黑洞之中。Matt之前曾发表在PCGamesN、EscapistMagazine.com和Milwaukee Magazine上,他在后者担任了六年的编辑。

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