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土星环的年龄

Christopher Crockett

尽管有可能与太阳系一样古老，但土星环却保持着一个年轻的外观。炫目的冰带继续保持着它们年龄的秘密，但是研究人员希望在围绕土星运行的航天器的帮助下得到答案。

自2004年起，从在轨的卡西尼号航天器上传回的数据有助于解决一个历经数十载有关土星环年龄的争论。土星环是围绕这颗行星由冰块组成的宽阔环带，它们有可能很古老，可追溯到大约46亿年前；或者是比较年轻，不过是最近1亿年之内的添加物而已。有关这2个“脚本”的证据在9月16日召开的美国天文协会行星科学分会的会议上被呈现出来。

土星环中并没有足够的污染物以支撑它们遍布如此长的时间，来自于搜寻地外生命学会（SETI）的行星科学家Paul Estrada指出。卡西尼的数据显示出，与此前猜想不同的是，大约有25倍之多的残骸如雨点般降落于圆环之上，这些碎片大部分来自于海王星之外的柯伊柏带。所有太阳系内部的残骸雨不应该只降低了星环的亮度，每一次撞击还会对材料进行重新分配。对主环内部边缘观察到的成分方面的鲜明对比显示出它们并不能维持数亿年之久，Estrada说道。

“星环是最近才形成的”观点其问题在于是如何做到的。“在最近1亿年间形成星环是非常困难的，”来自于科罗拉多博尔德大学的行星科學家Larry Esposito说道，“这可不是一段令人激动的时间。”土星环有可能形成于星体的撞击，但是在最近的几十亿年间，并没有大量的材料飞掠过土星或者太阳系。

Esposito指出，尽管呈现出某些年轻的面貌，星环还是古老的，可重复利用的物质隐藏于它们的顶层之下，这使得污染程度低于预期。同样，某些轻量级星环有可能形成时间非常近，但是看起来很古老，他说道，星环中规模最大的部分则已经支持了几十亿年。

部分解决年龄问题的方法在于搞清这个星环的规模到底有多大。卡西尼的观测显示出，这些星环相当巨大——或许可与土卫一（MilTIaS）相提并论——尽管那并非大名鼎鼎。“如果下手早，就可以很容易制造一个如此巨大的星环，”同样来自于科罗拉多博尔德大学的Glen Stewart说道。几十亿年前比近期更具备建造如此巨大星环的物质条件。

轻量级星环有可能是在近期形成的。计算机模拟显示出，围绕土星运行的卫星轨道有可能在最近的数亿年问改变了许多，Estrada说道。那些变化的轨道有可能会导致不同的脚本，在这些脚本中，不排除卫星之间的相互摧毁，从而创造出扩散的冰块残骸，进而形成了星环。

来年，有关土星环年龄的争论就可能失去意义。目前正在就明年9月卡西尼号的任务结束作着准备，飞行器将会启动某些大胆的机动尝试，并对星环中拥有的质量进行测量。卡西尼号将会数次潜入到行星与星环之间，飞掠土星的大气层。“这有点像神风突击队，”Stewart说道，“首次在几乎没有轨道的情况下，他们将天线前置作为冲击护盾。”

一旦进入星环，研究人员就能测量行星对航天器的引力牵引，并对在早期轨道上行星与星环共同作用于探测器上的引力牵引进行对比。

搞清土星环的质量与年龄不仅仅只是解决了一颗行星在某个方面的一个谜团。了解土星是如何成为类似宝石装饰的形态或可就为什么其他行星各不相同提供深层次的洞察，从而揭示出有关它们起源的更多细节。“为什么土星拥有巨环而木星没有？”Esposito问道。“是运气的问题，还是时间的问题呢？”

星环并不只是行星独有，它们也会围绕恒星形成。那些环绕着年轻恒星的冰块与尘埃带被认为是遍及整个宇宙的行星诞生之地。形成我们太阳系的圆盘早已荡然无存，但是那个圆盘与围绕土星的圆环在物理基础上是大致相同的。明白了这个就有助于研究人员明白另一个。

王麒 译自《科学新闻》（ScienceNews）2016年11月12日