Saturn环产生并不是易事long8龙8国际

关于太阳系的八大行星,每一颗都有自己独一无二的标识,比如:土星“戒指”。作为直径和质量仅次于木星的气态巨星,土星还有一个特别的名字叫做克洛诺斯,这是欧洲古希腊对它的称呼。关于土星的疑惑有很多,制造广阔的土星环系统是否轻而易举,是哪些关键指标暗示了土星“戒指”的真实年龄?

延伸近30公里(从环形的尖端到尖端)的土星环含有大小不等的无数冰冷颗粒,这是行星科学中最持久的谜团之一,它并不仅仅是一个“装饰”。这是否是太阳系的基本特征?45亿年前的理论性碰撞造就了我们现在所见?这些答案不仅是为了理解行星环,对重建太阳系历史的科学家来说尤为重要。根据卡西尼号对环质量和亮度的测量来看,很多科学家认为这些环的年龄应该非常年轻。

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制造如此广阔的土星环形系统并非易事

关于土星的戒指,有许多能令人信服的论据可以证明土星的戒指并不年轻。事实证明要通过相对更近的时间,制造一个如此广阔的环形系统并不是一件容易的事,行星可以将掠过的彗星甚至是整个彗星碎片,进行吸引和分散成了环形结构。当然,还有另一种可能,那就是一个闯入土星卫星之一的交织对象,从飞溅的粉碎月亮形成了环。虽然这些推论看似简单,但每一种定制方案都是有其特殊要求的。

经过科学调查发现,虽然这些都是很不错的想法,但在太阳系的周围有多少彗星飞行、而你没有足够的条件使这样的情况发生。至少在过去的几亿年里,发生这种设定的可能性只有百分之几。这时,科学家开始假设整个过程并没有彗星的参与,“戒指”的母体并非外部的土星系统,而是完全来自内部。SETI研究所的MatijaĆuk和其他研究人员发现,当这颗行星处于和卫星出现交叉轨道之时,发生了意想不到的事:时间大约是1亿年前,在这个追溯卫星轨道的计算机模型中,处在其中的所有东西都有些偏离原本的轨迹,卫星被推倒了土星轨道上,虽然这些轨道在今天也没有观察到,但是模拟的数据显示发生过。

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建模中发生的一切和我们的观察有所不同

和我们观察到有所区别,它们的轨道更多被撞击到土星的赤道平面。早期的卫星系统,必须重新安排到我们今天看到的系统中,这意味着:现在的卫星必须更加年轻,所以才没有经历过建模中所发生的一切。经过后来的工作终于发现可能引起重新排列的主要原因,那就是看似很遥远的太阳。即使在如此遥远的距离,太阳的引力想要扰乱这颗行星的运动也是轻而易举的事,正是太阳的微弱引力导致了其和兄弟姐妹之间的碰撞。然后,形成了一个比现在大十倍的戒指,当中有一些甚至聚集形成了新的卫星。

这一系列的假设和推论似乎都很合理,但却没有任何能够解释,这些碎片产生的物质到底是如何形成环的。因为,想要做到这一点需要一个必要条件,那就是碰撞的碎片和土星之间的距离要足够接近,这样才能使得行星的引力可保持不被分散,自然不能是在卫星形成和生活的距离更遥远之地。即:如何从这些碰撞中获得物质,而后回到环状的低轨,这种材料又通过怎样的作用成为了冰?

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模拟古老的环形碰撞更有说服力

相对而言,在实际中旧戒指更容易制作很多。当行星在数十亿年前进入目前位置的时候,处在太阳系中的它们在其中晃动了较小的物体,没有稳定的目标。此时发生了一些古老的大灾变,这些事件的结果装饰了以前没有环的世界。当暗尘落到环上的速率会随着时间的推移而发生变化,关于环变暗的基本假设如果是错的,那么,环可能本就是原始的,并且具有超自然的明亮光泽。

虽然结冰环粒子和尘埃之间的撞击高速,但可能并不会像科学家们以为的那样足以让土星环着色,也就是说沉积的阴影会比之前预期的更少。模拟孤岛的环形碰撞应该是更具有说服力的可能。当碎片的初始质量就高于电流环中的碎片,那么它会面临快速扩散和消散。它们中的一些落入了土星,另一些则落入了环和卫星。

在这样的情况下,不管你的质量是Mimas的1倍或是10倍,因为时间超过了数十亿年,通过基本的轨道动力学都可表明,对于我们今天所看到的确切数量的材料,它几乎都可以解决。简而言之,如果这样的相撞已经传播了40亿年,那么人们所期望的精确质量就恰好和这些戒指相当。

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有哪些关键指标可以暗示“戒指”年龄

关于土星环的起源争议可以追溯到几十年前,这些数据主要是旅行者1号和2号任务的近距离探测。观察结果暗示这些戒指的重量足够轻盈,并不能在太阳系的数十亿年历史长河中保留自身的光芒。并且,卡西尼仔细测量所得的戒指质量和旅行者号的数字也很接近。

确定年龄的另一个关键指标是:通过航天器和环的擦肩而过,舀起了灰尘和其他颗粒,帮助估计淹没了多少暗色碎片,这些数据都进一步暗示了戒指非常年轻,土星的水冰环依然是亮白色,虽然被散落的黑暗碎片不断拂去(外太阳系中腐烂物体所散落的碎片)。

我们并没有证据显示这些环有被污染过,同时,这些环在吸收材料的同时,也在不断的向大气层喷出冰冷颗粒。如果用一个时间来具象化预估,那么这样的阵雨可能在3亿年内就完全消耗掉这些环。想要解释它们可能存在了45亿年,某些想法目前是无法解释的。

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土星环系的演化和重建观察到的过去及未来

关于土星的长期演化和起源是现代行星科学尚未解决的一个问题,“旅行者时代”表明土星的环不超过100My,它的扩散环系统也被认为是一颗、甚至多颗卫星物质损失所导致的后果。时间来到“卡西尼时代”,其中的某些问题因为光谱分辨率和高空间数据而取得进展,比如发现了A环中的“螺旋桨”,月球的形状被嵌入环形等。

或许,想要解决土星的谜团,行星动力学领域是可行的解决方案,通过引力相互作用的模拟,我们可以重建今天所观察到的过去、甚至是未来;或是通过实验室对黑暗尘埃和冰冷颗粒高速碰撞的检查,可以最终确定尘埃的颜色和冰冷;又或是土星表面的陨石坑需要进行更详细的分析,通过这样的方式更好的确定它们的真实年龄。

经过过去的20年时间的探索,数值模拟也变得更加进步,了解了戒指的形成,让我们对太阳系的理解提供了更加明确的背景。这些因素对于我们而言都有非常重要的意义,强化了土星环动态和快速发展的观点。科学家们暂时无法就戒指的形成和大小达成一致,虽然存在多种预测和解释并不一致,但探索之路也因此而变得有趣。

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