400年后,人类终于理解了土星环

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土星的倾角、卫星轨道与环的命运,皆源于一场宇宙灾变

  

  科学家揭开土星光环的最终起源:一颗名为“Chrysalis”的古老卫星在1.6亿年前被撕裂,化为今日壮丽光环。土星的倾角、卫星轨道与环的命运,皆源于这场宇宙灾变。

  

  自1609年伽利略第一次用望远镜看向土星,人类便被那神秘的“耳朵”所困惑。四百年过去,这颗行星的光环依然是太阳系最独特的谜团。而如今,一项来自MIT的研究,或许终于让谜底浮出宇宙的雾霭。

  在夜空中,无论是凭肉眼还是强大的望远镜,土星总是最易识别的那一颗。那一圈圈光辉的环带,让它与任何行星都不同。最初伽利略误以为那是附着在行星两侧的奇异“耳朵”,直到更清晰的镜头揭示:那是一套漂浮、分离、宽广的环系。

  随着探测技术进步,人们在环间发现了缝隙、微卫星、碎片、尘埃与暗带。这是一座动态的系统,几乎像一部持续运行的天体机械剧场。

  然而,地球附近的岩质行星、甚至柯伊伯带天体,都没有类似结构。木星、天王星、海王星也有环,却暗淡、稀薄、不成气候。只有土星的光环——厚实、明亮、由水冰组成——在宇宙黑暗中熠熠生辉。

  但这份辉煌并不长久。观测显示,土星的光环正在蒸发、坠落、被吞噬。阳光中的紫外线、陨石撞击产生的等离子云、电离层的相互作用,让“冰环雨”从两极倾泻而下。与此同时,内层的尘冰颗粒正不断坠入赤道。

  据“卡西尼号”探测器观测,这些物质正以惊人的速度消逝。科学家据此推算——这些光环的诞生不过一亿年前,而在未来的一亿年中,它们也将几乎消失殆尽。

  

  问题是:它们从何而来?

  长期以来,科学界提出过无数假设——冰冻的原始盘残迹、被摧毁的彗星、被撕裂的卫星——但从未有一种理论能解释全部现象。直到2022年,MIT的Jack Wisdom提出了一个惊人的构想:一场约发生在1.6亿年前的灾难,可能一次性解释土星系统的所有异常。

  在行星形成之初,气体巨星如土星会由围绕原恒星的原行星盘中诞生。它们聚集物质,形成厚厚的大气与卫星系统。然而,土星与木星之间存在一系列耐人寻味的差异:前者的自转轴倾角高达26.7度,而木星仅3度;土星的环系统质量可能是木星环的上亿倍。更奇特的是,土星的一些卫星轨道明显倾斜,尤其是Iapetus——它的轨道平面偏离土星赤道15度以上。

  

   土卫一半径只有198公里

  

   土卫二,被一层厚厚的水冰覆盖

  

   从土卫八看土星

  为什么一个巨行星的自转、环、卫星系统都如此“歪斜”?Wisdom的答案是:因为它曾经多了——也失去了一颗——卫星。

  那颗卫星被命名为Chrysalis,它的体积可能与Iapetus相仿,绕土星公转周期约45天。它存在于Titan(泰坦)与Iapetus之间,影响着整个系统的引力平衡。随着时间推移,Titan的外迁和轨道共振不断拉扯Chrysalis,使其轨道逐渐不稳定。

  最终,这颗卫星被潮汐力撕裂。

  它的碎片在土星引力中散开、盘旋、再聚集——化成了我们如今所见的冰环与内层卫星群。那场毁灭性的“碎月事件”,既解释了光环的年轻、明亮与富含水冰的特性,也完美对应了土星轴倾、卫星倾角与轨道间隙等多个长久未解的谜题。

  模拟结果显示,这一过程不仅能再现目前的系统结构,还揭示了“毁灭”在宇宙演化中的必然性。土星的美丽,不是永恒,而是一场灾后的光辉——一颗逝去卫星的遗骨,化为行星最华丽的饰带。

  

  科学家还发现,土星的环正以“冰雨”的形式坠入大气,每秒消耗掉数吨物质。照此速度,再过一亿年,这道光环将与木星的一样暗淡,甚至完全消失。人类恰好生活在它的“短暂盛放期”——这一幕,在宇宙时间尺度上,只是“宇宙的一眨眼”。

  未来,科学家希望通过更精确的重力测量与新探测任务,验证Chrysalis假说:它是否真的存在过,又是否真是那场引力舞蹈的牺牲品。

  也许,等下一代探测器再次飞临土星,我们就能拼合出那场灾变的全部证据——在数亿年的寂静之后,复原一段行星的悲剧史诗。

  本文译自 Big Think,由 BALI 编辑发布。

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