土星的光環(huán)似乎是太陽(yáng)系中永久的固定裝置，激發(fā)了詩(shī)人和科學(xué)家的想象力。但是美國(guó)宇航局（NASA）的卡西尼號(hào)探測(cè)器今年在其最后幾個(gè)月的觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，這些光環(huán)可能出人意料的年輕——直到幾億年前，它們還不存在。研究人員在日前于路易斯安那州新奧爾良市召開的美國(guó)地球物理聯(lián)合會(huì)（AGU）的一次會(huì)議上報(bào)告了這一研究成果。

研究表明，土星在生命中相對(duì)較晚的時(shí)間才獲得了自己的“寶石”。如果有任何天文學(xué)家在地球上的恐龍時(shí)代凝視天空，他們可能會(huì)看到一顆裸露而乏味的土星。

就在那時(shí)，一場(chǎng)巨大的災(zāi)難襲擊了這顆氣態(tài)巨行星。或許是一顆流浪的彗星或小行星撞擊了一顆冰凍的衛(wèi)星，隨后把它的殘余物拋到了軌道上。又或者是土星衛(wèi)星的軌道不知出于什么原因移動(dòng)了，由此產(chǎn)生的引力牽引將一顆衛(wèi)星撕得粉碎。

加利福尼亞州山景城NASA艾姆斯研究中心行星環(huán)專家Jeff Cuzzi表示，無論它是怎么發(fā)生的，來自卡西尼號(hào)探測(cè)器的兩組新證據(jù)清楚地表明，與科學(xué)家長(zhǎng)期以來相信的那樣不同的是，土星環(huán)在距今45億年前的早期太陽(yáng)系中是不存在的。“它排除了原生土星環(huán)的故事。”Cuzzi說，“這就是它現(xiàn)在的樣子。”

第一組證據(jù)來自于土星環(huán)的質(zhì)量。多年來，許多科學(xué)家傾向于土星環(huán)具有巨大的質(zhì)量，甚至比土星的衛(wèi)星土衛(wèi)一更重，這主要緣于土星的主環(huán)——B環(huán)不透明、稠密的外觀。只有數(shù)十億年前才有足夠的物質(zhì)用來形成一個(gè)巨大質(zhì)量的土星環(huán)——當(dāng)時(shí)的早期太陽(yáng)系中充滿了小行星體。

但是現(xiàn)在，在卡西尼號(hào)探測(cè)器撞向土星大氣層之前的最后22次飛行中，有5次搜集的數(shù)據(jù)使得B環(huán)的質(zhì)量成為了焦點(diǎn)。意大利羅馬薩皮恩扎大學(xué)行星科學(xué)家Luciano Iess于12月12日在AGU會(huì)議上宣布了這一消息。Iess是卡西尼號(hào)探測(cè)器無線電實(shí)驗(yàn)小組的負(fù)責(zé)人，該小組利用探測(cè)器無線電信號(hào)中微小的多普勒頻移確定其所環(huán)繞的物體的質(zhì)量。

隨著卡西尼號(hào)探測(cè)器在最后一段時(shí)間開始穿過土星和土星環(huán)之間的空隙，該團(tuán)隊(duì)就可以分辨出土星環(huán)的引力，并由此獲得它們的質(zhì)量。Iess說：“核心值是0.4個(gè)土衛(wèi)一的質(zhì)量。”如果把質(zhì)量與年齡聯(lián)系起來的理論是正確的，他補(bǔ)充道，“這是一個(gè)清晰的跡象，表明土星環(huán)與土星并不是一起形成的。”

這一結(jié)論得到了另一組證據(jù)的支持，后者在當(dāng)?shù)貢r(shí)間本周三舉行的會(huì)議上公布。一場(chǎng)持續(xù)不斷的黑色微小隕石雨從太陽(yáng)系的邊緣落入土星，據(jù)估計(jì)，隨著時(shí)間的推移，這將會(huì)使土星環(huán)中的原始水冰變暗。它們多久會(huì)變黑取決于撞擊的頻率，這是無法確定的。

經(jīng)過12年的艱苦測(cè)量與分析，卡西尼號(hào)探測(cè)器上裝載的宇宙塵埃分析器確定了微小隕石的流量，結(jié)果表明它“不符合一個(gè)古老環(huán)的特征”，即將發(fā)布新成果的博爾德市科羅拉多大學(xué)空間物理學(xué)家Sascha Kempf說。

這種流量比卡西尼號(hào)之前的估計(jì)高了大約10倍，它表明土星環(huán)的年齡大約在1.5億年到3億年之間，甚至更年輕。“我們的測(cè)量方法是最直接的方法。”Kempf補(bǔ)充說，“你已經(jīng)無法做得更多。它必須是年輕的。”

科羅拉多大學(xué)行星科學(xué)家Larry Esposito說，總的來看，這兩項(xiàng)結(jié)果對(duì)年輕的土星環(huán)來說是一個(gè)令人信服的例子。“長(zhǎng)期以來一直認(rèn)為土星環(huán)非常古老。”他說，“卡西尼號(hào)的這兩個(gè)研究成果確實(shí)有力地證明了這些環(huán)是年輕的，可能在2億年左右。”

今年9月15日凌晨4時(shí)55分，卡西尼號(hào)探測(cè)器在土星的大氣層中解體，這樣做是為了防止探測(cè)器污染土星的衛(wèi)星，包括土衛(wèi)六和土衛(wèi)二，這些衛(wèi)星上可能存在生命跡象。卡西尼號(hào)探測(cè)器1997年10月15日發(fā)射升空，沿途造訪過金星、地球、月球、小行星和木星，并于2004年抵達(dá)環(huán)土星軌道。近20年間，卡西尼探測(cè)任務(wù)大幅刷新了人類對(duì)土星的認(rèn)識(shí)，包括它的復(fù)雜光環(huán)、類型多樣的衛(wèi)星體以及磁場(chǎng)環(huán)境等。它曾獲得一系列重大發(fā)現(xiàn)，如土衛(wèi)二存在全球性海洋、土衛(wèi)六上存在液態(tài)甲烷海洋、在土衛(wèi)二噴出的羽流中探測(cè)到氫等。

與土星相伴的13年間，卡西尼號(hào)探測(cè)器曾發(fā)回大量數(shù)據(jù)資料，僅圖像就差不多40萬(wàn)張。科學(xué)家依據(jù)這些信息，已發(fā)表了約4000篇科學(xué)論文。NASA還依據(jù)這些信息設(shè)計(jì)了前往木衛(wèi)二的探測(cè)計(jì)劃，以及未來十年間的其他太空探測(cè)項(xiàng)目。盡管卡西尼號(hào)探測(cè)器已經(jīng)結(jié)束了自己的使命，但科學(xué)家表示未來仍有可能帶來重大發(fā)現(xiàn)，例如，來自探測(cè)器的數(shù)據(jù)將有助于確定土星環(huán)的實(shí)際年齡及其磁場(chǎng)的持久性。

來源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 

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