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土星环很年轻
2017-12-14 阅读次数:

  土星的光环似乎是太阳系中永久的固定装置,激发了诗人和科学家的想象力。但是美国宇航局(NASA)的卡西尼号探测器今年在其最后几个月的观测中发现,这些光环可能出人意料的年轻——直到几亿年前,它们还不存在。研究人员在日前于路易斯安那州新奥尔良市召开的美国地球物理联合会(AGU)的一次会议上报告了这一研究成果。
  研究表明,土星在生命中相对较晚的时间才获得了自己的“宝石”。如果有任何天文学家在地球上的恐龙时代凝视天空,他们可能会看到一颗裸露而乏味的土星。
  就在那时,一场巨大的灾难袭击了这颗气态巨行星。或许是一颗流浪的彗星或小行星撞击了一颗冰冻的卫星,随后把它的残余物抛到了轨道上。又或者是土星卫星的轨道不知出于什么原因移动了,由此产生的引力牵引将一颗卫星撕得粉碎。
  加利福尼亚州山景城NASA艾姆斯研究中心行星环专家Jeff Cuzzi表示,无论它是怎么发生的,来自卡西尼号探测器的两组新证据清楚地表明,与科学家长期以来相信的那样不同的是,土星环在距今45亿年前的早期太阳系中是不存在的。“它排除了原生土星环的故事。”Cuzzi说,“这就是它现在的样子。”
  第一组证据来自于土星环的质量。多年来,许多科学家倾向于土星环具有巨大的质量,甚至比土星的卫星土卫一更重,这主要缘于土星的主环——B环不透明、稠密的外观。只有数十亿年前才有足够的物质用来形成一个巨大质量的土星环——当时的早期太阳系中充满了小行星体。
  但是现在,在卡西尼号探测器撞向土星大气层之前的最后22次飞行中,有5次搜集的数据使得B环的质量成为了焦点。意大利罗马萨皮恩扎大学行星科学家Luciano Iess于12月12日在AGU会议上宣布了这一消息。Iess是卡西尼号探测器无线电实验小组的负责人,该小组利用探测器无线电信号中微小的多普勒频移确定其所环绕的物体的质量。
  随着卡西尼号探测器在最后一段时间开始穿过土星和土星环之间的空隙,该团队就可以分辨出土星环的引力,并由此获得它们的质量。Iess说:“核心值是0.4个土卫一的质量。”如果把质量与年龄联系起来的理论是正确的,他补充道,“这是一个清晰的迹象,表明土星环与土星并不是一起形成的。”
  这一结论得到了另一组证据的支持,后者在当地时间本周三举行的会议上公布。一场持续不断的黑色微小陨石雨从太阳系的边缘落入土星,据估计,随着时间的推移,这将会使土星环中的原始水冰变暗。它们多久会变黑取决于撞击的频率,这是无法确定的。
  经过12年的艰苦测量与分析,卡西尼号探测器上装载的宇宙尘埃分析器确定了微小陨石的流量,结果表明它“不符合一个古老环的特征”,即将发布新成果的博尔德市科罗拉多大学空间物理学家Sascha Kempf说。
  这种流量比卡西尼号之前的估计高了大约10倍,它表明土星环的年龄大约在1.5亿年到3亿年之间,甚至更年轻。“我们的测量方法是最直接的方法。”Kempf补充说,“你已经无法做得更多。它必须是年轻的。”
  科罗拉多大学行星科学家Larry Esposito说,总的来看,这两项结果对年轻的土星环来说是一个令人信服的例子。“长期以来一直认为土星环非常古老。”他说,“卡西尼号的这两个研究成果确实有力地证明了这些环是年轻的,可能在2亿年左右。”
  今年9月15日凌晨4时55分,卡西尼号探测器在土星的大气层中解体,这样做是为了防止探测器污染土星的卫星,包括土卫六和土卫二,这些卫星上可能存在生命迹象。卡西尼号探测器1997年10月15日发射升空,沿途造访过金星、地球、月球、小行星和木星,并于2004年抵达环土星轨道。近20年间,卡西尼探测任务大幅刷新了人类对土星的认识,包括它的复杂光环、类型多样的卫星体以及磁场环境等。它曾获得一系列重大发现,如土卫二存在全球性海洋、土卫六上存在液态甲烷海洋、在土卫二喷出的羽流中探测到氢等。
  与土星相伴的13年间,卡西尼号探测器曾发回大量数据资料,仅图像就差不多40万张。科学家依据这些信息,已发表了约4000篇科学论文。NASA还依据这些信息设计了前往木卫二的探测计划,以及未来十年间的其他太空探测项目。尽管卡西尼号探测器已经结束了自己的使命,但科学家表示未来仍有可能带来重大发现,例如,来自探测器的数据将有助于确定土星环的实际年龄及其磁场的持久性。

 

 

文章来源:中国科学报
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