土星没有光环?它可能在宇宙眨眼间消失,且比天文学家预期的要早

在我们太阳系的所有行星中,土星可能是最漂亮的。那些环绕其赤道,一层又一层的冰质材料,带有一丝岩石,排列成一个精致的光环。近距离看,这些光环闪烁着柔和的粉红色、灰色和棕色,在黑暗中闪闪发光,很难想象没有它们的土星。

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但宇宙没有什么是永恒的,土星环也不例外。事实上,它们正在消失

土星环每年都在流失材料。进入的微陨石和太阳辐射扰乱了细小、尘土飞扬的环物质碎片,使它们带电。这些粒子突然转变,与土星的磁场线相协调,并开始沿着那些看不见的路径盘旋。当这些粒子离土星大气层顶部太近时,重力会将它们拉进来,它们会在行星的云层中蒸发。天文学家称其为“环雨”,随着时间的推移,这种现象和其他现象将削弱对我们来说构成土星环的独特元素,直到一无所有。

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从我们的角度来看,一个壮丽的景象似乎是一成不变的,但在事物的宏大尺度上,它是转瞬即逝的。根据观测到“环雨”的速率,每 30 分钟就会有一个游泳池大的环物质掉入土星(总体而言,每过一秒就有 10 吨环状物质落到土星上),由此科学家估计,土星环将在大约1亿年内消失。地球上的居民仍有充足的时间惊叹土星环的美丽,并对其进行研究。因为,尽管天文学家知道这些环即将消失,但他们仍然不知道这些带的一切——包括土星最初是如何得到它们的。

几个世纪以来,土星环让人们看得眼花缭乱,但我们第一次真正接近它们是在 1980 年代初,当时美国宇航局的航海者号探测器在一次外行星的盛大旅行中呼啸而过。当时,科学家们怀疑这些环可能在大约 46 亿年前与土星一起形成,当时太阳系还年轻而热闹,到处都是岩石物体,一颗新行星很容易捕捉到一些,将它们抛在中间,让重力将它们压平。

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但航海者号的飞越提出了一个不同的故事。这些观测比以往任何时候都更详细地捕捉到了这些土星环,揭示了它们没有研究人员预测的那么多质量,这意味着它们不可能有数十亿年的历史。这些环必须更年轻,也许只有 1000 万到 1 亿年。现在看来,当恐龙开始在地球上漫游时,这些环似乎并不存在。那时太阳系已经安静下来,那么土星从哪里得到原材料呢?

美国宇航局研究土星环多年的研究科学家保罗·埃斯特拉达(Paul Estrada)表示,土星环在过去 1 亿年左右的时间里形成是“非常不可能”的。然而,最近的观察支持了这一假设。

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2017 年,卡西尼号探测器掠过土星环,在土星大气层中消失之前尽可能多地发送信息。它的最终测量结果证实了航海者号任务所观察到的情况,即这些环的质量不足以成为古老的——土星宏伟的环系统厚度在 10 米到 1 公里之间。其粒子的总质量(99.8% 是冰,其中大部分尺寸不到一米)约为 16 万亿吨,不到月球质量的 0.02%,不到土星卫星土卫一质量的一半。

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而且卡西尼号发现,在土星赤道,环状物质以更快的速度流入大气层,更多的是直线模式,速度为每秒 22000 磅或更多。这是一个很高的估计,但如果这是一个持续的消耗(目前还不清楚是否是这样),这可能意味着土星环未来的寿命不到 1 亿年。

尽管科学界尚未就土星环的起源故事达成共识。但是,如果这些环确实很年轻,科学家说它们可能是土星一颗相当古老的卫星因靠得太近土星从而被撕成碎片,或者是一颗流浪彗星被捕获和解体的结果。

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土星环的故事提醒我们,我们太阳系的世界,无论从这里看起来多么静止和静止,都是充满活力的地方,有着自己的戏剧性历史。也许有一天,在土星环消散后,宇宙可能会给土星一个新的光环(比如另一颗卫星被撕碎了,或一颗彗星被捕获)。还有,宇宙力量已经在为太阳系的下一个添加物发挥作用。从现在起 2000 万到 8000 万年之间的某个时间,火星的小卫星火卫一可能会分裂,碎片将围绕这颗红色星球旋转,形成一个新的、美丽的特征,大家想象一下有环的火星。

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