編譯 劉安立

土星及其神秘消失的衛(wèi)星（想象圖）

美麗的土星環(huán)

繞著土星旋轉(zhuǎn)的土星環(huán)，清晰地表明土星的自轉(zhuǎn)軸是傾斜的：土星的自轉(zhuǎn)軸與土星環(huán)繞太陽所在平面之間的夾角為26.7°。那么，土星為什么傾斜自轉(zhuǎn)呢？

土衛(wèi)六的作用？

科學(xué)家曾提出這樣一個觀點：土星傾斜的自轉(zhuǎn)軸是土星受海王星引力控制（即與海王星共振）的結(jié)果。然而，在2004 年至2017 年環(huán)繞土星的“卡西尼號”飛船（以下簡稱“卡西尼號”）的探測數(shù)據(jù)卻挑戰(zhàn)了這個觀點。這些數(shù)據(jù)表明，土星最大的衛(wèi)星泰坦（土衛(wèi)六）與土星之間的距離每年大約增加11 厘米。這個速度比科學(xué)家預(yù)想的速度快，而泰坦的快速遷移及它的引力讓科學(xué)家猜測——可能是泰坦引起了土星傾斜，以及土星與海王星共振。

土星現(xiàn)有的一些大衛(wèi)星

但這種觀點取決于一個前提：土星的慣性矩，即土星內(nèi)部的質(zhì)量分布模式。在土星質(zhì)量更多集中于土星核或更多分布于土星表面附近這兩種情況下，土星的傾角會不同。因此，要想確定土星自轉(zhuǎn)軸傾斜的原因，首先得知道土星內(nèi)部的質(zhì)量分布模式。

調(diào)查土星慣性矩

在最近的一項研究中，科學(xué)家利用“卡西尼號”在其“大結(jié)局”期間（在此期間它最靠近土星，目的是精確繪制土星整個引力場圖）進行的最后觀測結(jié)果，以此確定土星的慣性矩。事實上，土星引力場與土星慣性矩之間直接相關(guān)。

通過對土星內(nèi)部情況建立模型，科學(xué)家辨識了與“卡西尼號”所觀測到的土星引力場匹配的一種土星慣性矩。但他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種慣性矩會讓土星近乎產(chǎn)生與海王星共振，但實際上并沒有共振。這也意味著這兩顆行星曾經(jīng)可能共振，但現(xiàn)在不再共振。

這顆神秘土衛(wèi)只存在于科學(xué)家的想象中

一顆衛(wèi)星可能造成了土星自轉(zhuǎn)軸的傾斜（示意圖）

接著，科學(xué)家探索讓土星脫離與海王星共振的方式。他們首先模擬能回溯土星及其衛(wèi)星演化過程的軌道動力學(xué)，以調(diào)查現(xiàn)在土星的衛(wèi)星之間有無任何天然性的不穩(wěn)定會影響土星的傾角。然而，這個思路行不通。于是，科學(xué)家重新審視描述土星歲差（行星自轉(zhuǎn)軸怎樣隨時間推移而變化）的數(shù)學(xué)模型?？茖W(xué)家推測：如果土星的一顆衛(wèi)星脫離了整個土星衛(wèi)星群體，就可能改變土星的歲差。

一個失去的“蝶蛹”

問題是：這顆衛(wèi)星的質(zhì)量得有多大，它具備怎樣的軌道動力學(xué)機制，才會使土星脫離與海王星的共振？為了確定這顆土星衛(wèi)星的質(zhì)量、軌道半徑以及讓它使土星失去與海王星共振所需的軌道動力學(xué)機制等因素，科學(xué)家進行了反復(fù)模擬。他們最終得出結(jié)論：土星目前的傾角是土星與海王星共振及土星失去一顆衛(wèi)星的共同結(jié)果?？茖W(xué)家稱這顆衛(wèi)星為克利薩里斯（意為“蝶蛹”）。如果克利薩里斯的大小與土星第三大的衛(wèi)星伊阿珀托斯（土衛(wèi)八）相仿，它就有可能讓土星不再與海王星共振。

科學(xué)家根據(jù)最新模擬結(jié)果猜測，在環(huán)繞土星幾十億年后，大約在1.6 億年前，克利薩里斯進入一個混亂的軌道區(qū)域，并與伊阿珀托斯和泰坦擦肩而過（靠得太近），最終與土星擦肩而過，結(jié)果被土星的巨大引力撕碎，其中一部分殘骸撞擊土星，還有一部分殘骸環(huán)繞土星，最終成為土星環(huán)。

神秘衛(wèi)星可能化為了土星環(huán)（想象圖）

尚待進一步檢驗

科學(xué)家表示，克利薩里斯的消失既能解釋土星的歲差，也能解釋土星現(xiàn)在的傾角及土星環(huán)的成因。之前科學(xué)家推測土星環(huán)的年齡大約為1 億年，而現(xiàn)在看來土星環(huán)沒有這么年輕，但無論怎樣土星環(huán)都比土星年輕許多。另外，正因為克利薩里斯在“冬眠”了這么久之后才突然變得活躍，最終導(dǎo)致土星環(huán)出現(xiàn)，所以“蝶蛹”這個名稱對它來說正合適。

科學(xué)家指出，雖然上述的“蝶蛹”假說可能是迄今對土星傾角和土星環(huán)成因的最佳解釋，但該假說尚待更進一步的檢驗，需要更多的證據(jù)支持。