土星的这个“草帽” 居然藏着行星形成的奥秘

　　夜幕降姑且，透过望远镜，你会看到一颗出格的天体，看上去像是一顶纹饰精细的“草帽”，它就是土星，瑰丽的“帽沿”即是台甫鼎鼎的土星环。土星环是如何形成的？光环内物质有着奈何的风雅特征？一直以来，无论是天文喜好者，照旧专业的天文学家，都盼愿能更多地揭开土星环的面纱。
　　对土星环举办探测，是“卡西尼”号探测器的任务之一。通过阐明“卡西尼”号任务竣事前传回的数据，科学家团队对土星环有了新的认识，同时也发生了一些新的疑问。相关论文日前颁发在《科学》杂志上。
　　降生是个谜 土星环是个“年青人”
　　持久以来，环绕土星环的形成有多种假说。个中一种认为，土星降生之初大概就带着光环，这意味着土星环大概有着数十亿年的汗青。
　　相识土星环的质量是解锁其年数奥秘的重要一环。此前，科学家已经弄清楚了土星环的质量与其年数之间的干系：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举办了22次俯冲，以进入土星的重力场。在哪里，它可以感觉到土星和环的引力。一旦科学家知道引力对“卡西尼”号的影响有多大，他们就能确定土星以及环的质量。
　　通过阐明“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，科学家一直倾向于相信土星主环B环的质量很大， 纳米二氧化锰，甚至大过土卫一。
　　然而，“卡西尼”号的无线电科学团队丈量获得的主环B环只是土卫一质量的0.4倍。
　　“这么小的质量， 纳米四氧化三铁，不行能是跟土星一起形成的。”中科院国度天文台研究员平劲松先容，另外，“卡西尼”号携带的宇宙尘土阐明器得到的数据，同样支持土星环的年数约在1.5亿—3亿年之间，或是越发年青这一结论。
　　既然不是和土星同时形成的，那土星环是如何降生的？科学家猜测，大概是一颗彗星或是小行星撞上了土星的一颗卫星，发生的碎屑留在轨道上，被一连撕裂，培育了土星环。
　　假如这种假说创立，那么这颗“南征北战”的天体有多大？平劲松先容，据测算，它的质量和月球差不多巨细。
　　土星环的年数比此前设想的要年青得多，是“卡西尼”号带来的惊人发明之一。平劲松认为，现有的发明改写了土星环演化发源的汗青，这一形成机制大概不只合用于土星环，对付其他行星环的形成来说也大概是创立的。
　　土星环的“三面像” 差异布局有奇特成因
　　豁亮又宽阔的土星环，延伸到土星以外广漠的宇宙空间。从远处看，它是一个柔和、整体的光环。可是，按照探测器近间隔拍回的照片显示，这个环并非整体，而是由很多小环构成。
　　主要的土星环，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别离按被发明的顺序定名为D、C、B、A、F、G和E环。个中，B环最宽、最亮，质量也最大。
　　在最后一次视察土星环时，“卡西尼”号发明白从块状到稻草状的各类纹理和图案。它所拍摄的星环特写照片展示了星环内部三种截然差异的布局——团块布局、滑腻布局和条纹布局。
　　星环内部差异的纹理和布局如何形成的？平劲松逐一举办了阐明。当一个小天体撞上土星卫星后，从动力学进程阐明，撞击后的碎片会逐渐从大块往小块变革。在这个进程中，碎片慢慢匀称漫衍的大概性较高。土星环中较量平坦平滑的部门，大概就是在这样一个进程中形成的。
　　碎片举动进程，会受到其他卫星的浸染。并不是所有的区域都存在不变的轨道，在一些属于共振的区域，会呈现不不变的环境。碎片逗留在不不变的区域，大概会被拽走。密度高的处所相对不变，密度低的处所就不太不变，这样会形成条纹状的布局。
　　尚有一些从头汇聚出来的、尺寸较量大的土星卫星，它的轨迹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结果一样。光环在被攻击的进程中，一些处所的边沿就不那么匀称了，进而形成团块的现象。
　　“这是三种较量大概的状态，虽然，在土星环的形成进程中，也尚有其他的因素在起浸染。”平劲松说道。
　　天然的尝试室 提供研究行星形成的线索
　　事实上，令科学家沉迷的，不只仅是土星环自己。土星环内部物质彼此浸染的进程，与恒星周围原行星盘内的行星形成进程极为相似。
　　“因此，土星环可视作是一个天然的尝试室，为科学家进一步相识行星的形成进程提供诸多线索。”平劲松说道。
　　众所周知，恒星在由气体和尘土构成的巨球（原星系盘）中心形成, 剩余的物质徐徐凝结为雷同土星环的圆盘，行星则在这个圆盘中逐渐聚积而成。
　　如今的太阳系，已经很难找到形成之初的直接线索了。但借助对土星环的研究，或者能部门还原其时的景象。
　　假如说，早期岩石类的行星在宇宙中碰撞聚积形成照旧一个假说的话。那么，土星环里的小卫星，与环内大量存在的多冰颗粒产生交互浸染，则提供了实实在在的例子。
　　“起初，小天体撞击土星卫星时，它被解析成无数个小碎块。个中一些在环内运行时，彼此聚拢会萃成密度不太大、体积略微大一点的天体，成为了土星的卫星。这和早期岩石类行星形成的进程很是相似。”平劲松说道。
　　他认为在行星形成演化的进程中，撞击和汇聚是平行的两个重要方法。碰撞让物质从头漫衍，汇聚让体积逐渐变大，最终形成今朝所看到的景象。在39亿年前，甚至更早的时期，预计产生概率更高的是一边碰撞一边汇聚的景象。
　　跟着研究的深入，土星环的面纱被慢慢揭开。但关于土星环仍然尚有不少待解的谜团。好比，土星环的内环和高层大气已经很靠近了，那么它和高层大气之间存在什么样的物质互换浸染机制？凭据今朝的动力学进程，土星环会存在多久？土星环里大一点的冰块是否会再次解体？想要答复这些问题，尚有待进一步的科学研究。