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土星的这个“草帽” 居然藏着行星形成的秘密

2019-09-05 点击:1537
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土星的这个“草帽”掩盖了行星形成的秘密

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来自网络的图片

夜幕降临,通过望远镜,你会看到一个特殊的天体,看起来像一个装饰精美的“草帽”。它是土星,美丽的“帽子”是着名的土星环。土星环是如何形成的?光环中材料的优点是什么?很长一段时间,天文爱好者和专业天文学家都渴望揭开土星环的面纱。

土星环的检测是卡西尼探测器的任务之一。通过分析卡西尼号任务结束前返回的数据,科学家团队对土星环和新问题有了新的认识。相关论文发表在《科学》杂志上。

出生是个谜土星的戒指是一个“年轻人”

很长一段时间以来,关于土星环形成的假设很多。其中一人认为土星在出生之初可能有一个光环,这意味着土星的戒指可能有数十亿年的历史。

了解土星环的质量是解开其年龄秘密的重要部分。以前,科学家们已经发现了土星环的质量与它们的年龄之间的关系:质量越低,环越年轻。

在燃料耗尽之前,卡西尼在土星和土星的环之间做了22次俯冲,进入了土星的引力场。在那里,它可以感受到土星和环的引力。一旦科学家知道重力对卡西尼号的影响有多大,他们就能确定土星和环的质量。

通过分析卡西尼号返回的数据,科学家对土星环的质量有了新的认识。多年来,科学家们一直试图相信土星主环的主环质量非常大,甚至比泰坦还要大。

然而,卡西尼无线电科学团队测量的主环B环仅为泰坦质量的0.4倍。

“土星不能形成这么小的质量。”中国科学院国家天文台研究员平劲松表示,卡西尼携带的宇宙尘埃分析仪获得的数据也支持了土星环的年龄。结论是1.5亿至3亿年,或更年轻。

由于它不是与土星同时形成的,土星环是如何诞生的?科学家推测它可能是撞击土星卫星的彗星或小行星,由此产生的碎片仍然在轨道上并不断被撕裂,形成一个土星环。

如果这个假设成立,这个天体有多大?平劲松介绍说,据估计其质量与月球的大小差不多。

土星戒指的年龄比以前想象的要年轻得多,是卡西尼带来的惊人发现之一。平劲松认为,现有的研究结果改写了土星环的演化历史。这种形成机制不仅可以应用于土星环,还可以用于形成其他行星环。

土星环的“三面图像”有着独特的起源。

土星明亮宽阔的环延伸到土星以外的广阔空间。从远处看,它是一种柔和的整体光环。然而,根据近距离探测器拍摄的照片,戒指不是一个整体,而是由许多小环组成。

主土星环的范围从48公里到302,000公里。土星从近处到远处的土星环按它们被发现的顺序命名为D,C,B,A,F,G和E环。其中,B环是最宽,最亮,最大的。

纹结构。

星形环内的不同纹理和结构是如何形成的?平劲松一个接一个地进行了分析。当一个小天体撞击土星卫星时,从动态过程分析来看,撞击后的碎片会逐渐从大变小。在这个过程中,碎片逐渐均匀分布的可能性很高。土星环的更平坦和更光滑的部分可以在这样的过程中形成。

纹结构。

还有一些相对较大的重新聚集的土星卫星,它们的轨迹和光环在一个平面上。它对光环的影响就像快艇冲进河里的效果。在被光环击中的过程中,一些地方的边缘不是那么均匀,并且形成了聚集现象。

“这是一个三个可能的状态。当然,土星环形成还有其他因素。”平劲松说。

自然实验室提供研究行星形成的线索

事实上,让科学家着迷的不仅仅是土星环本身。土星环内部相互作用的过程非常类似于恒星周围原行星盘中行星的形成。

“因此,土星环可以被视为一个天然的实验室,为科学家提供了许多线索,以进一步了解地球的形成,”平劲松说。

众所周知,恒星形成于由气体和尘埃组成的巨大球体(原始星系)的中心,剩余的物质逐渐凝聚成类似土星环的圆盘,行星逐渐聚集在这个圆盘中。

今天的太阳系,很难找到形成之初的直接线索。但是通过对土星环的研究,有可能在当时部分恢复局势。

如果说宇宙中早期类岩石行星的形成仍然是一个假设。然后,土星环中的小卫星与环中存在的大量冰粒相互作用,提供了一个真实的例子。

“起初,当一颗小天体撞击土星卫星时,它被分解成无数小块。他们中的一些人,当他们在环内跑,一起堆积形成一个不太密集和稍大的天体,并成为土星的卫星。这与早期类岩石行星的形成非常相似,“平劲松说。”

他认为,在行星形成和演化过程中,影响和收敛是两种重要的并行方式。碰撞允许材料重新分布和收敛以使体积逐渐变大,最终形成当前所见的。在39亿年前,甚至更早的时候,估计发生的概率越高,一方的趋同。

随着研究的进展,土星环的面纱逐渐被揭开。但是关于土星环还有许多谜团需要解决。例如,土星环的内环和高层大气已经非常接近,那么它与高层大气之间存在着什么样的物质交换机制呢?根据目前的动态过程,土星环存在多久?土星环中的大冰会再次崩溃吗?要回答这些问题,需要进一步的科学研究。

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