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对土星环进行探测,是“卡西尼”号探测器的任务之一。

文章作者:管理一号 | 2019-08-10
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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巧的“草帽”,它便是土星,美丽的“帽沿”便是大名鼎鼎的土星环。土星环是怎么构成的?光环内物质有着怎样的精密特征?一向以来,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”号探测器的使命之一。通过剖析“卡西尼”号使命结束前传回的数据,科学家团队对土星环有了新的认识,一起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“年青人”

长久以来,围绕土星环的构成有多种假说。其间一种以为,土星诞生之初或许就带着光环,这意味着土星环或许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,科学家现已弄清楚了土星环的质量与其年龄之间的联系:质量越低,环越年青。

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,他们就能确认土星以及环的质量。

通过剖析“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,科学家一向倾向于相信土星主环B环的质量很大,乃至大过土卫一。

然而,“卡西尼”号的无线电科学团队丈量得到的主环B环仅仅土卫一质量的0.4倍。

“这么小的质量,不或许是跟土星一同构成的。”中科院国家天文台研讨员平劲松介绍,此外,“卡西尼”号带着的宇宙尘埃剖析器取得的数据,相同支撑土星环的年龄约在1.5亿—3亿年之间,或是愈加年青这一定论。

已然不是和土星一起构成的,那土星环是怎么诞生的?科学家推测,或许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。

如果这种假说建立,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巨细。

土星环的年龄比此前设想的要年青得多,是“卡西尼”号带来的惊人发现之一。平劲松以为,现有的发现改写了土星环演化起源的历史,这一构成机制或许不只适用于土星环,关于其他行星环的构成来说也或许是建立的。

土星环的“三面像” 不同结构有独特成因

亮堂又宽广的土星环,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。可是,根据探测器近间隔拍回的相片显示,这个环并非整体,而是由许多小环组成。

首要的土星环,宽度从48公里到30.2万公里不等。间隔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。其间,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路和图画。它所拍摄的星环特写相片展示了星环内部三种天壤之别的结构——团块结构、滑润结构和条纹结构。

星环内部不同的纹路和结构怎么构成的?平劲松逐个进行了剖析。当一个小天体撞上土星卫星后,从动力学进程剖析,碰击后的碎片会逐渐从大块往小块改变。在这个进程中,碎片逐渐均匀分布的或许性较高。土星环中比较平坦光滑的部分,或许便是在这样一个进程中构成的。

碎片运动进程,会受到其他卫星的效果。并不是所有的区域都存在安稳的轨道,在一些属于共振的区域,会呈现不安稳的情况。碎片停留在不安稳的区域,或许会被拽走。密度高的地方相对安稳,密度低的地方就不太安稳,这样会构成条纹状的结构。

还有一些从头汇聚出来的、尺寸比较大的土星卫星,它的轨道和光环是在一个平面上。它对光环的影响,就像一艘快艇冲到河里的效果一样。光环在被冲击的进程中,一些地方的边际就不那么均匀了,从而构成团块的现象。

“这是三种比较或许的状态,当然,在土星环的构成进程中,也还有其他的因素在起效果。”平劲松说道。

天然的实验室 供给研讨行星构成的头绪

事实上,令科学家着迷的,不只仅是土星环自身。土星环内部物质彼此效果的进程,与恒星周围原行星盘内的行星构成进程极为类似。

“因而,土星环可视作是一个天然的实验室,为科学家进一步了解行星的构成进程供给许多头绪。”平劲松说道。

众所周知,恒星在由气体和尘埃组成的巨球(原星系盘)中心构成, 剩下的物质渐渐凝集为类似土星环的圆盘,行星则在这个圆盘中逐渐集合而成。

如今的太阳系,现已很难找到构成之初的直接头绪了。但借助对土星环的研讨,或许能部分复原当时的情形。

如果说,前期岩石类的行星在宇宙中磕碰集合构成还是一个假说的话。那么,土星环里的小卫星,与环内很多存在的多冰颗粒发作交互效果,则供给了实实在在的比方。

“起初,小天体碰击土星卫星时,它被分解成无数个小碎块。其间一些在环内运行时,彼此聚拢堆积成密度不太大、体积稍微大一点的天体,成为了土星的卫星。这和前期岩石类行星构成的进程非常类似。”平劲松说道。

他以为在行星构成演化的进程中,碰击和汇聚是平行的两个重要方法。磕碰让物质从头分布,汇聚让体积逐渐变大,终究构成现在所看到的情形。在39亿年前,乃至更早的时期,估计发作概率更高的是一边磕碰一边汇聚的情形。

跟着研讨的深入,土星环的面纱被逐渐揭开。但关于土星环仍然还有不少待解的谜团。比方,土星环的内环和高层大气现已很接近了,那么它和高层大气之间存在什么样的物质交换效果机制?按照现在的动力学进程,土星环会存在多久?土星环里大一点的冰块是否会再次瓦解?想要回答这些问题,还有待进一步的科学研讨。

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