夜幕降臨時，透過望遠(yuǎn)鏡，你會看到一顆特別的天體，看上去像是一頂紋飾精巧的“草帽”，它就是土星，美麗的“帽沿”就是大名鼎鼎的土星環(huán)。土星環(huán)是怎么構(gòu)成的？光環(huán)內(nèi)物質(zhì)有著怎樣的精密特征？一向以來，無論是天文愛好者，仍是專業(yè)的天文學(xué)家，都渴望能更多地揭開土星環(huán)的面紗。
對土星環(huán)進(jìn)行探測，是“卡西尼”號探測器的使命之一。通過剖析“卡西尼”號使命結(jié)束前傳回的數(shù)據(jù)，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)對土星環(huán)有了新的認(rèn)識，同時也產(chǎn)生了一些新的疑問。相關(guān)論文日前宣布在《科學(xué)》雜志上。
誕生是個謎 土星環(huán)是個“年青人”
長久以來，圍繞土星環(huán)的構(gòu)成有多種假說。其間一種以為，土星誕生之初或許就帶著光環(huán)，這意味著土星環(huán)或許有著數(shù)十億年的前史。
了解土星環(huán)的質(zhì)量是解鎖其年紀(jì)秘密的重要一環(huán)。此前，科學(xué)家現(xiàn)已弄清楚了土星環(huán)的質(zhì)量與其年紀(jì)之間的關(guān)系：質(zhì)量越低，環(huán)越年青。
燃料耗盡前，“卡西尼”號在土星和土星環(huán)之間進(jìn)行了22次爬升，以進(jìn)入土星的重力場。在那里，它可以感受到土星和環(huán)的引力。一旦科學(xué)家知道引力對“卡西尼”號的影響有多大，他們就能確定土星以及環(huán)的質(zhì)量。
通過剖析“卡西尼”號傳回的數(shù)據(jù)，科學(xué)家對土星環(huán)的質(zhì)量有了新的認(rèn)知。多年來，科學(xué)家一向傾向于信任土星主環(huán)B環(huán)的質(zhì)量很大，乃至大過土衛(wèi)一。
可是，“卡西尼”號的無線電科學(xué)團(tuán)隊(duì)測量得到的主環(huán)B環(huán)只是土衛(wèi)一質(zhì)量的0.4倍。
“這么小的質(zhì)量，不或許是跟土星一同構(gòu)成的。”中科院國家天文臺研討員平勁松介紹，此外，“卡西尼”號攜帶的宇宙塵土剖析器獲得的數(shù)據(jù)，相同支撐土星環(huán)的年紀(jì)約在1.5億—3億年之間，或是更加年青這一結(jié)論。
既然不是和土星同時構(gòu)成的，那土星環(huán)是怎么誕生的？科學(xué)家推測，或許是一顆彗星或是小行星撞上了土星的一顆衛(wèi)星，產(chǎn)生的碎屑留在軌道上，被繼續(xù)撕裂，造就了土星環(huán)。
如果這種假說建立，那么這顆“粉身碎骨”的天體有多大？平勁松介紹，據(jù)測算，它的質(zhì)量和月球差不多大小。
土星環(huán)的年紀(jì)比此前設(shè)想的要年青得多，是“卡西尼”號帶來的驚人發(fā)現(xiàn)之一。平勁松以為，現(xiàn)有的發(fā)現(xiàn)改寫了土星環(huán)演化起源的前史，這一構(gòu)成機(jī)制或許不只適用于土星環(huán)，關(guān)于其他行星環(huán)的構(gòu)成來說也或許是建立的。
土星環(huán)的“三面像” 不同結(jié)構(gòu)有共同成因
亮堂又廣大的土星環(huán)，延伸到土星以外遼闊的宇宙空間。從遠(yuǎn)處看，它是一個柔軟、全體的光環(huán)。可是，根據(jù)探測器近間隔拍回的相片顯現(xiàn)，這個環(huán)并非全體，而是由許多小環(huán)組成。
主要的土星環(huán)，寬度從48公里到30.2萬公里不等。間隔土星從近到遠(yuǎn)的土星環(huán)分別按被發(fā)現(xiàn)的次序命名為D、C、B、A、F、G和E環(huán)。其間，B環(huán)最寬、最亮，質(zhì)量也最大。
在最終一次觀測土星環(huán)時，“卡西尼”號發(fā)現(xiàn)了從塊狀到稻草狀的各種紋路和圖畫。它所拍照的星環(huán)特寫相片展現(xiàn)了星環(huán)內(nèi)部三種天壤之別的結(jié)構(gòu)——團(tuán)塊結(jié)構(gòu)、滑潤結(jié)構(gòu)和條紋結(jié)構(gòu)。
星環(huán)內(nèi)部不同的紋路和結(jié)構(gòu)怎么構(gòu)成的？平勁松逐一進(jìn)行了剖析。當(dāng)一個小天體撞上土星衛(wèi)星后，從動力學(xué)進(jìn)程剖析，碰擊后的碎片會逐漸從大塊往小塊變化。在這個進(jìn)程中，碎片逐漸均勻分布的或許性較高。土星環(huán)中比較平整潤滑的部分，或許就是在這樣一個進(jìn)程中構(gòu)成的。
碎片運(yùn)動進(jìn)程，會受到其他衛(wèi)星的效果。并不是一切的區(qū)域都存在安穩(wěn)的軌道，在一些屬于共振的區(qū)域，會呈現(xiàn)不安穩(wěn)的情況。碎片停留在不安穩(wěn)的區(qū)域，或許會被拽走。密度高的當(dāng)?shù)叵鄬Π卜€(wěn)，密度低的當(dāng)?shù)鼐筒惶卜€(wěn)，這樣會構(gòu)成條紋狀的結(jié)構(gòu)。
還有一些從頭會聚出來的、尺度比較大的土星衛(wèi)星，它的軌跡和光環(huán)是在一個平面上。它對光環(huán)的影響，就像一艘快艇沖到河里的效果相同。光環(huán)在被沖擊的進(jìn)程中，一些當(dāng)?shù)氐倪呺H就不那么均勻了，進(jìn)而構(gòu)成團(tuán)塊的現(xiàn)象。
“這是三種比較或許的狀況，當(dāng)然，在土星環(huán)的構(gòu)成進(jìn)程中，也還有其他的要素在起效果。”平勁松說道。
天然的實(shí)驗(yàn)室 供給研討行星構(gòu)成的頭緒
事實(shí)上，令科學(xué)家著迷的，不只僅是土星環(huán)自身。土星環(huán)內(nèi)部物質(zhì)彼此效果的進(jìn)程，與恒星周圍原行星盤內(nèi)的行星構(gòu)成進(jìn)程極為類似。
“因而，土星環(huán)可視作是一個天然的實(shí)驗(yàn)室，為科學(xué)家進(jìn)一步了解行星的構(gòu)成進(jìn)程供給許多頭緒。”平勁松說道。
眾所周知，恒星在由氣體和塵土組成的巨球（原星系盤）中心構(gòu)成, 剩下的物質(zhì)逐漸凝集為類似土星環(huán)的圓盤，行星則在這個圓盤中逐漸集合而成。
如今的太陽系，現(xiàn)已很難找到構(gòu)成之初的直接頭緒了。但借助對土星環(huán)的研討，或許能部分復(fù)原其時的景象。
如果說，早期巖石類的行星在宇宙中磕碰集合構(gòu)成仍是一個假說的話。那么，土星環(huán)里的小衛(wèi)星，與環(huán)內(nèi)很多存在的多冰顆粒發(fā)作交互效果，則供給了實(shí)實(shí)在在的例子。
“起初，小天體碰擊土星衛(wèi)星時，它被分解成無數(shù)個小碎塊。其間一些在環(huán)內(nèi)運(yùn)行時，彼此聚攏堆積成密度不太大、體積稍微大一點(diǎn)的天體，成為了土星的衛(wèi)星。這和早期巖石類行星構(gòu)成的進(jìn)程十分類似。”平勁松說道。
他以為內(nèi)行星構(gòu)成演化的進(jìn)程中，碰擊和會聚是平行的兩個重要方法。磕碰讓物質(zhì)從頭分布，會聚讓體積逐漸變大，最終構(gòu)成現(xiàn)在所看到的景象。在39億年前，乃至更早的時期，估計發(fā)作概率更高的是一邊磕碰一邊會聚的景象。
跟著研討的深化，土星環(huán)的面紗被逐漸揭開。但關(guān)于土星環(huán)仍然還有不少待解的疑團(tuán)。比如，土星環(huán)的內(nèi)環(huán)和高層大氣現(xiàn)已很接近了，那么它和高層大氣之間存在什么樣的物質(zhì)交流效果機(jī)制？依照現(xiàn)在的動力學(xué)進(jìn)程，土星環(huán)會存在多久？土星環(huán)里大一點(diǎn)的冰塊是否會再次瓦解？想要答復(fù)這些問題，還有待進(jìn)一步的科學(xué)研討。
對土星環(huán)進(jìn)行探測，是“卡西尼”號探測器的使命之一。通過剖析“卡西尼”號使命結(jié)束前傳回的數(shù)據(jù)，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)對土星環(huán)有了新的認(rèn)識，同時也產(chǎn)生了一些新的疑問。相關(guān)論文日前宣布在《科學(xué)》雜志上。
誕生是個謎 土星環(huán)是個“年青人”
長久以來，圍繞土星環(huán)的構(gòu)成有多種假說。其間一種以為，土星誕生之初或許就帶著光環(huán)，這意味著土星環(huán)或許有著數(shù)十億年的前史。
了解土星環(huán)的質(zhì)量是解鎖其年紀(jì)秘密的重要一環(huán)。此前，科學(xué)家現(xiàn)已弄清楚了土星環(huán)的質(zhì)量與其年紀(jì)之間的關(guān)系：質(zhì)量越低，環(huán)越年青。
燃料耗盡前，“卡西尼”號在土星和土星環(huán)之間進(jìn)行了22次爬升，以進(jìn)入土星的重力場。在那里，它可以感受到土星和環(huán)的引力。一旦科學(xué)家知道引力對“卡西尼”號的影響有多大，他們就能確定土星以及環(huán)的質(zhì)量。
通過剖析“卡西尼”號傳回的數(shù)據(jù)，科學(xué)家對土星環(huán)的質(zhì)量有了新的認(rèn)知。多年來，科學(xué)家一向傾向于信任土星主環(huán)B環(huán)的質(zhì)量很大，乃至大過土衛(wèi)一。
可是，“卡西尼”號的無線電科學(xué)團(tuán)隊(duì)測量得到的主環(huán)B環(huán)只是土衛(wèi)一質(zhì)量的0.4倍。
“這么小的質(zhì)量，不或許是跟土星一同構(gòu)成的。”中科院國家天文臺研討員平勁松介紹，此外，“卡西尼”號攜帶的宇宙塵土剖析器獲得的數(shù)據(jù)，相同支撐土星環(huán)的年紀(jì)約在1.5億—3億年之間，或是更加年青這一結(jié)論。
既然不是和土星同時構(gòu)成的，那土星環(huán)是怎么誕生的？科學(xué)家推測，或許是一顆彗星或是小行星撞上了土星的一顆衛(wèi)星，產(chǎn)生的碎屑留在軌道上，被繼續(xù)撕裂，造就了土星環(huán)。
如果這種假說建立，那么這顆“粉身碎骨”的天體有多大？平勁松介紹，據(jù)測算，它的質(zhì)量和月球差不多大小。
土星環(huán)的年紀(jì)比此前設(shè)想的要年青得多，是“卡西尼”號帶來的驚人發(fā)現(xiàn)之一。平勁松以為，現(xiàn)有的發(fā)現(xiàn)改寫了土星環(huán)演化起源的前史，這一構(gòu)成機(jī)制或許不只適用于土星環(huán)，關(guān)于其他行星環(huán)的構(gòu)成來說也或許是建立的。
土星環(huán)的“三面像” 不同結(jié)構(gòu)有共同成因
亮堂又廣大的土星環(huán)，延伸到土星以外遼闊的宇宙空間。從遠(yuǎn)處看，它是一個柔軟、全體的光環(huán)。可是，根據(jù)探測器近間隔拍回的相片顯現(xiàn)，這個環(huán)并非全體，而是由許多小環(huán)組成。
主要的土星環(huán)，寬度從48公里到30.2萬公里不等。間隔土星從近到遠(yuǎn)的土星環(huán)分別按被發(fā)現(xiàn)的次序命名為D、C、B、A、F、G和E環(huán)。其間，B環(huán)最寬、最亮，質(zhì)量也最大。
在最終一次觀測土星環(huán)時，“卡西尼”號發(fā)現(xiàn)了從塊狀到稻草狀的各種紋路和圖畫。它所拍照的星環(huán)特寫相片展現(xiàn)了星環(huán)內(nèi)部三種天壤之別的結(jié)構(gòu)——團(tuán)塊結(jié)構(gòu)、滑潤結(jié)構(gòu)和條紋結(jié)構(gòu)。
星環(huán)內(nèi)部不同的紋路和結(jié)構(gòu)怎么構(gòu)成的？平勁松逐一進(jìn)行了剖析。當(dāng)一個小天體撞上土星衛(wèi)星后，從動力學(xué)進(jìn)程剖析，碰擊后的碎片會逐漸從大塊往小塊變化。在這個進(jìn)程中，碎片逐漸均勻分布的或許性較高。土星環(huán)中比較平整潤滑的部分，或許就是在這樣一個進(jìn)程中構(gòu)成的。
碎片運(yùn)動進(jìn)程，會受到其他衛(wèi)星的效果。并不是一切的區(qū)域都存在安穩(wěn)的軌道，在一些屬于共振的區(qū)域，會呈現(xiàn)不安穩(wěn)的情況。碎片停留在不安穩(wěn)的區(qū)域，或許會被拽走。密度高的當(dāng)?shù)叵鄬Π卜€(wěn)，密度低的當(dāng)?shù)鼐筒惶卜€(wěn)，這樣會構(gòu)成條紋狀的結(jié)構(gòu)。
還有一些從頭會聚出來的、尺度比較大的土星衛(wèi)星，它的軌跡和光環(huán)是在一個平面上。它對光環(huán)的影響，就像一艘快艇沖到河里的效果相同。光環(huán)在被沖擊的進(jìn)程中，一些當(dāng)?shù)氐倪呺H就不那么均勻了，進(jìn)而構(gòu)成團(tuán)塊的現(xiàn)象。
“這是三種比較或許的狀況，當(dāng)然，在土星環(huán)的構(gòu)成進(jìn)程中，也還有其他的要素在起效果。”平勁松說道。
天然的實(shí)驗(yàn)室 供給研討行星構(gòu)成的頭緒
事實(shí)上，令科學(xué)家著迷的，不只僅是土星環(huán)自身。土星環(huán)內(nèi)部物質(zhì)彼此效果的進(jìn)程，與恒星周圍原行星盤內(nèi)的行星構(gòu)成進(jìn)程極為類似。
“因而，土星環(huán)可視作是一個天然的實(shí)驗(yàn)室，為科學(xué)家進(jìn)一步了解行星的構(gòu)成進(jìn)程供給許多頭緒。”平勁松說道。
眾所周知，恒星在由氣體和塵土組成的巨球（原星系盤）中心構(gòu)成, 剩下的物質(zhì)逐漸凝集為類似土星環(huán)的圓盤，行星則在這個圓盤中逐漸集合而成。
如今的太陽系，現(xiàn)已很難找到構(gòu)成之初的直接頭緒了。但借助對土星環(huán)的研討，或許能部分復(fù)原其時的景象。
如果說，早期巖石類的行星在宇宙中磕碰集合構(gòu)成仍是一個假說的話。那么，土星環(huán)里的小衛(wèi)星，與環(huán)內(nèi)很多存在的多冰顆粒發(fā)作交互效果，則供給了實(shí)實(shí)在在的例子。
“起初，小天體碰擊土星衛(wèi)星時，它被分解成無數(shù)個小碎塊。其間一些在環(huán)內(nèi)運(yùn)行時，彼此聚攏堆積成密度不太大、體積稍微大一點(diǎn)的天體，成為了土星的衛(wèi)星。這和早期巖石類行星構(gòu)成的進(jìn)程十分類似。”平勁松說道。
他以為內(nèi)行星構(gòu)成演化的進(jìn)程中，碰擊和會聚是平行的兩個重要方法。磕碰讓物質(zhì)從頭分布，會聚讓體積逐漸變大，最終構(gòu)成現(xiàn)在所看到的景象。在39億年前，乃至更早的時期，估計發(fā)作概率更高的是一邊磕碰一邊會聚的景象。
跟著研討的深化，土星環(huán)的面紗被逐漸揭開。但關(guān)于土星環(huán)仍然還有不少待解的疑團(tuán)。比如，土星環(huán)的內(nèi)環(huán)和高層大氣現(xiàn)已很接近了，那么它和高層大氣之間存在什么樣的物質(zhì)交流效果機(jī)制？依照現(xiàn)在的動力學(xué)進(jìn)程，土星環(huán)會存在多久？土星環(huán)里大一點(diǎn)的冰塊是否會再次瓦解？想要答復(fù)這些問題，還有待進(jìn)一步的科學(xué)研討。
