土星環(huán)的年齡

Christopher Crockett

盡管有可能與太陽系一樣古老，但土星環(huán)卻保持著一個(gè)年輕的外觀。炫目的冰帶繼續(xù)保持著它們年齡的秘密，但是研究人員希望在圍繞土星運(yùn)行的航天器的幫助下得到答案。

自2004年起，從在軌的卡西尼號(hào)航天器上傳回的數(shù)據(jù)有助于解決一個(gè)歷經(jīng)數(shù)十載有關(guān)土星環(huán)年齡的爭論。土星環(huán)是圍繞這顆行星由冰塊組成的寬闊環(huán)帶，它們有可能很古老，可追溯到大約46億年前；或者是比較年輕，不過是最近1億年之內(nèi)的添加物而已。有關(guān)這2個(gè)“腳本”的證據(jù)在9月16日召開的美國天文協(xié)會(huì)行星科學(xué)分會(huì)的會(huì)議上被呈現(xiàn)出來。

土星環(huán)中并沒有足夠的污染物以支撐它們遍布如此長的時(shí)間，來自于搜尋地外生命學(xué)會(huì)（SETI）的行星科學(xué)家Paul Estrada指出?？ㄎ髂岬臄?shù)據(jù)顯示出，與此前猜想不同的是，大約有25倍之多的殘骸如雨點(diǎn)般降落于圓環(huán)之上，這些碎片大部分來自于海王星之外的柯伊柏帶。所有太陽系內(nèi)部的殘骸雨不應(yīng)該只降低了星環(huán)的亮度，每一次撞擊還會(huì)對(duì)材料進(jìn)行重新分配。對(duì)主環(huán)內(nèi)部邊緣觀察到的成分方面的鮮明對(duì)比顯示出它們并不能維持?jǐn)?shù)億年之久，Estrada說道。

“星環(huán)是最近才形成的”觀點(diǎn)其問題在于是如何做到的?！霸谧罱?億年間形成星環(huán)是非常困難的，”來自于科羅拉多博爾德大學(xué)的行星科學(xué)家Larry Esposito說道，“這可不是一段令人激動(dòng)的時(shí)間。”土星環(huán)有可能形成于星體的撞擊，但是在最近的幾十億年間，并沒有大量的材料飛掠過土星或者太陽系。

Esposito指出，盡管呈現(xiàn)出某些年輕的面貌，星環(huán)還是古老的，可重復(fù)利用的物質(zhì)隱藏于它們的頂層之下，這使得污染程度低于預(yù)期。同樣，某些輕量級(jí)星環(huán)有可能形成時(shí)間非常近，但是看起來很古老，他說道，星環(huán)中規(guī)模最大的部分則已經(jīng)支持了幾十億年。

部分解決年齡問題的方法在于搞清這個(gè)星環(huán)的規(guī)模到底有多大?？ㄎ髂岬挠^測顯示出，這些星環(huán)相當(dāng)巨大——或許可與土衛(wèi)一（MilTIaS）相提并論——盡管那并非大名鼎鼎。“如果下手早，就可以很容易制造一個(gè)如此巨大的星環(huán)，”同樣來自于科羅拉多博爾德大學(xué)的Glen Stewart說道。幾十億年前比近期更具備建造如此巨大星環(huán)的物質(zhì)條件。

輕量級(jí)星環(huán)有可能是在近期形成的。計(jì)算機(jī)模擬顯示出，圍繞土星運(yùn)行的衛(wèi)星軌道有可能在最近的數(shù)億年問改變了許多，Estrada說道。那些變化的軌道有可能會(huì)導(dǎo)致不同的腳本，在這些腳本中，不排除衛(wèi)星之間的相互摧毀，從而創(chuàng)造出擴(kuò)散的冰塊殘骸，進(jìn)而形成了星環(huán)。

來年，有關(guān)土星環(huán)年齡的爭論就可能失去意義。目前正在就明年9月卡西尼號(hào)的任務(wù)結(jié)束作著準(zhǔn)備，飛行器將會(huì)啟動(dòng)某些大膽的機(jī)動(dòng)嘗試，并對(duì)星環(huán)中擁有的質(zhì)量進(jìn)行測量?？ㄎ髂崽?hào)將會(huì)數(shù)次潛入到行星與星環(huán)之間，飛掠土星的大氣層?！斑@有點(diǎn)像神風(fēng)突擊隊(duì)，”Stewart說道，“首次在幾乎沒有軌道的情況下，他們將天線前置作為沖擊護(hù)盾?！?/p>

一旦進(jìn)入星環(huán)，研究人員就能測量行星對(duì)航天器的引力牽引，并對(duì)在早期軌道上行星與星環(huán)共同作用于探測器上的引力牽引進(jìn)行對(duì)比。

搞清土星環(huán)的質(zhì)量與年齡不僅僅只是解決了一顆行星在某個(gè)方面的一個(gè)謎團(tuán)。了解土星是如何成為類似寶石裝飾的形態(tài)或可就為什么其他行星各不相同提供深層次的洞察，從而揭示出有關(guān)它們起源的更多細(xì)節(jié)。“為什么土星擁有巨環(huán)而木星沒有？”Esposito問道。“是運(yùn)氣的問題，還是時(shí)間的問題呢？”

星環(huán)并不只是行星獨(dú)有，它們也會(huì)圍繞恒星形成。那些環(huán)繞著年輕恒星的冰塊與塵埃帶被認(rèn)為是遍及整個(gè)宇宙的行星誕生之地。形成我們太陽系的圓盤早已蕩然無存，但是那個(gè)圓盤與圍繞土星的圓環(huán)在物理基礎(chǔ)上是大致相同的。明白了這個(gè)就有助于研究人員明白另一個(gè)。

王麒 譯自《科學(xué)新聞》（ScienceNews）2016年11月12日