对土星环进行探测，是“卡西尼”号探测器的任务之一

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。