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科学家提出“消失的卫星”假说解释土星环成因,能否解开困扰人类四个世纪的谜团?

据华尔街日报报道,土星并不是太阳系中唯一有行星环的行星,但是其标志性的水冰和尘埃行星环是迄今为止最为壮观的。一项新研究对土星环的形成方式和形成时间给出了新解释,自伽利略在1610年举起望远镜首次观测土星以来,土星环的谜团就一直困扰着天文学家。

Photo by NASA on Unsplash

研究表明,这些行星环形成于1亿至2亿年前,当时,土星的一颗卫星被另一颗卫星推离了轨道,其过于靠近土星,并被土星的引力撕成了碎片。根据周四(当地时间9月15日)发表在《科学》期刊上的研究结果,研究人员将这颗假想的卫星称为“蛹”,其碎片继续绕着土星运行,随着时间的推移,变成了今天看到的行星环。

这些行星环有些地方只有30英尺厚,但直径约为17万英里。木星、天王星和海王星也有行星环,但它们更小、更暗、更不清晰。

康奈尔大学的天文学家玛丽亚姆·穆塔米德博士表示,这项新研究代表了“一个全新的设想,可能会永远解决行星环的年龄问题”,他为这项研究写了一篇社论,但没有参与研究。

除了解释行星环可能是如何形成以及何时形成的之外,“消失的卫星”假说还为土星令人困惑的倾斜状态提供了解释。与地球相似,相对于其绕太阳运行的平面,土星以相当大的倾角自转,这与其在太阳系中最为相似的行星木星有所不同。

加州大学圣克鲁兹分校的行星科学教授、这份研究的共同作者弗朗西斯·尼莫博士在谈到这一情况时说:“它将两个以前被视为独立的难题联系在一起。事实证明,你可以在一个故事中解释这两者。”

多年来,科学家们认为土星环形成于40多亿年前,他们认为,当时,这颗年轻的行星以强大的引力场捕获了路过的彗星和小行星,并慢慢将它们压扁成环。

但是,美国国家航空航天局(NASA)的三项任务(1980年代的旅行者1号和2号以及2004年至2017年的卡西尼号)的观测使这个想法受到质疑。这些观测显示,土星环的质量和组成比以前认为的要年轻得多。

麻省理工学院的行星科学教授、研究的主要作者杰克·威斯多姆博士在谈到行星环时说:“如果它们不老,它们一定是一个天体解体的结果,比如一颗大彗星或后来的一颗卫星。但是,要弄清楚到底是什么样的天体,以及它到底是如何分解形成行星环的,要证明这一点是个难题。”

当研究小组对卡西尼号数据的分析颠覆了长期以来对土星、其卫星和附近行星海王星之间复杂关系的看法时,新假说就出现了。科学家们曾认为,土星和海王星处于共振状态,这意味着它们在引力上相互作用。但是分析表明,这一说法曾经是正确的,但现在不是了,这表明当土卫六施加的引力将一颗小卫星推向土星时,这颗小卫星一定破坏了这种共振。

不过,并非所有人都相信土星环及其倾角问题已经得到了解决。

位于加州硅谷的NASA艾姆斯研究中心的行星科学家杰克·利索尔说,新的解释“有很多优点”,但很难验证它所依据的一系列复杂的天体事件。利索尔博士并没有参与这项研究。

加州山景城SETI协会的行星环研究员马修·蒂斯卡雷诺认为,科学界需要花时间审查这项新研究,他也没有参与这项研究。但是蒂斯卡雷诺博士称,“消失的卫星”假说是“一个令人兴奋的新想法,它可能使我们更接近于解决有关土星的几个相互交织的谜团”。