「卡西尼」號拍攝驚人照片 揭示小衛星如何雕琢土星環

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星環是土星的標誌性特徵，也是無數天文愛好者的最愛。《科學》雜誌刊登的一篇新論文指出，土星的環系統存在個頭很小的小衛星，與環內大量存在的多冰顆粒發生交互，導致星環結構出現各種形狀和紋理。這一點與原行星盤內的行星形成過程極為相似。研究指出土星環可以充當一個實驗室，幫助科學家進一步了解行星如何形成。

當時，土星俘獲了一顆彗星。這顆彗星在土星的引力拖拽下土崩瓦解，所產生的碎片形成了美麗的星環

「卡西尼」號土星探索任務已於一年半前宣告結束，但這艘飛船的觀測數據仍孕育出一系列科學發現。在服役的最後幾個月，「卡西尼」號進一步靠近土星並穿過環縫，對這顆氣態巨行星的星環進行細緻觀測。觀測結果促使科學家提出了一系列與塑造星環的各種交互作用有關的疑問。

土星環的歷史在100萬到1000萬年之間，要比土星年輕得多

《科學》雜誌刊登了一篇新論文，闡述「卡西尼」號近距離觀測星環時得出的發現。土星的環系統存在個頭很小的小衛星，與環內大量存在的多冰顆粒發生交互，導致星環結構出現各種形狀和紋理。這一點與恆星周圍原行星盤內的行星形成過程極為相似。研究指出土星環可以充當一個實驗室，幫助科學家進一步了解行星如何形成。

在最後一次觀測星環時，「卡西尼」號發現了從塊狀到稻草狀的各種紋理和圖案。這些發現引發了科學家對土星環的一系列疑問，例如不同的紋理和圖案如何形成？哪些交互作用塑造了星環？星環結構的顏色、溫度和化學特徵又如何發生改變？

雖然F環之外還有其它「短命」的環形結構，但它仍被視為最外環

F環處在土星環系統的最外側，可能也是最為活躍的一環。F環的一些特徵可在短短几小時內發生改變。2008年進行的一項研究發現，多顆小衛星影響F環，它們的撞擊和引力效應在F環形成團塊和縱向通道。

在這篇新論文中，研究人員闡述了F環內出現的一系列撞擊造成的條紋。這些條紋的長度和方向相同，由多顆天體同時撞擊星環導致。這是一項重要發現，因為這將彗星碎片排除在原因之外，同時凸顯了環繞土星的物質流在塑造星環結構方面扮演的角色。

這顆衛星在基勒環縫外緣形成波浪

研究論文主執筆人、搜尋地外文明研究所的「卡西尼」號項目科學家馬特·蒂斯卡萊諾表示：「這些新細節揭示了衛星如何以各種方式雕琢星環。它們為我們打開了一個窗口，幫助我們了解太陽系如何形成。太陽系物質盤的演化也受到環內天體的影響。」

「卡西尼」號掠環軌道任務在2016年12月至2017年4月拍攝的星環特寫照片展示了三種截然不同的結構——團塊結構、平滑結構和條紋結構。存在這三種結構的帶狀區域之間有明顯的界線。造成這種現象的原因尚是一個未知數，因為科學家無法識別出與這些帶狀區域有關的星環特徵。

蒂斯卡萊諾表示：「這讓我們意識到星環的外觀並不僅僅是所含物質數量的一種體現。環內顆粒的特徵一定存在某些差異，可能影響兩個環內顆粒撞擊和隨後的反彈過程。不過，我們尚不確定存在哪些差異。」

「卡西尼」號的可見光與紅外成像光譜儀（VIMS）得出了一些更神秘的發現。正如名字所暗示的那樣的，這台儀器能夠進行可見光和紅外成像。VIMS在A環的最外緣發現了極為脆弱的水冰帶。這是一項出人意料的發現，因為這一區域的反射性很高，而高反射性往往意味著存在污染程度更小的水冰，進而可以形成更穩固的水冰帶。

VIMS還有很多令人吃驚的發現。科學家知道水冰是土星環的主要成分，同時確信星環還存在氨冰和甲烷冰等其它冰。但VIMS並沒有發現這兩種冰，也沒有發現有機化合物，而「卡西尼」號此前曾發現有機物從D環流入土星大氣層。

康奈爾大學的VIMS項目科學家菲爾·尼克爾森表示：「如果存在大量有機物——至少在A環、B環和C環——我們應該能發現。我至今也不認為它們是主星環的主要成分。」在研究土星的科學家眼裡，這無疑是非常有趣的發現。為了破解這些謎團，科學家需要創建新的模型。在「卡西尼」號的所有發現中，最令人吃驚的莫過於星環比此前認為的要年輕得多。

藍色區域存在純水冰或/和大尺寸顆粒（主要集中在A和B環）。紅色說明非多冰物質和/或小尺寸顆粒數量增多（主要集中在C環和卡西尼環縫）。左側的自然色土星環照片由「卡西尼」號的成像科學子系統拍攝

美國宇航局埃姆斯研究中心的傑夫·庫茲表示，科學家正進入土星研究的一個新階段。在這個階段，我們將創建一系列新模型，解釋這些新發現。「隨著觀測的不斷深入，我們得出了新的更有趣的發現，也遭遇了新的謎題。我們正進入下一個階段，需要我們建立詳盡的新模型，去揭示星環的演化。『卡西尼』號的觀測數據表明，星環要比土星年輕得多。」

科學研究是一件令人興奮的事請，但過程中也經常遭遇挫折，因為認知的加深也會帶來新問題。在利用「卡西尼」號近距離觀測火星及其星環獲取的數據進行新研究時，科學家便遭遇這種情況。噴氣推進實驗室的「卡西尼」號項目科學家林達·斯皮克指出：「我們獲取了更清晰的星環圖像。解析度的提高意味著我們能夠解答更多疑問，但與此同時，我們也遭遇一系列新問題。」

來源：漫步宇宙

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