土星的第83颗卫星, 在一亿年前被撕碎, 变成了今天的土星环

阅读: 作者:admin   发表于 2022-09-22 10:57

  

土星可以说是太阳系八大行星中最令人惊叹的行星之一,它独一无二的美丽星环让它脱颖而出,除了土星,太阳系的其他气体巨行星都没有如此壮观的星环。

这也让许多人对土星环的由来感到好奇,它似乎不是从土星诞生时就存在的,探测器的探测结果也证明了这一猜想:土星的历史已经有45亿年,而土星环在距今1-2亿年前才诞生

近日,由麻省理工学院Jack Wisdom领导一个研究小组有了新的发现,他们不仅再一次确认了土星环的年龄,还进一步分析出了土星环神秘的身世:它是一颗土星卫星的残骸,而这颗卫星之所以会变成现在的碎片,则可能是受到了海王星的引力影响。

早在1610年,伽利略就利用他自制的天文望远镜第一次窥见了土星环,50年后,惠更斯将土星环解释为环绕着行星的圈圈,随后的三世纪内,对土星环的研究似乎陷入了停滞,直到旅行者一号飞掠土星,第一次近距离地拍到了土星环的真实面容。

整个土星环由多重环重叠而成,从A环到E环,整个范围达到了1600万公里左右,看着数字可能对它的大小没有概念,但拿地球的大小对比一下就可以感受它的波澜壮阔,地球的直径只有13000km,也就是说整个土星环可以容纳1000多个地球。

而庞大的土星环实际上是由不计其数的小颗粒组成的,比如一些碎冰块,碎石块以及尘土等,其中碎冰块最多,大小也从几微米到几百米不等,它们组成一条条有间隙的环带,在太阳光的照射下能够反射出十分耀眼的光辉。

然而这些壮观的景象极有可能是一桩惨案的遗骸:一颗受海王星影响,最终被土星撕碎的卫星遗骨。

到目前为止,科学家共发现了82颗围绕土星运行的卫星。研究人员认为,在几亿年前可能有83颗,第83颗卫星也并没有消失,它一直在我们的眼前:用望远镜就能看到的土星环。

研究人员把这颗已经被撕碎的卫星称为Chrysalis(蝶蛹),意味它破茧而出,化成美丽的土星环,Chrysalis应该和现有的土卫八大小一致,后者的直径约为1470公里,如果它真的存在,并且一直保留至今,它将会和其余的82颗卫星一直环绕土星数十亿年。

那么究竟发生了什么,最终改变了这一结果?

土星绕太阳运行时,一侧的倾斜角可以超过26度,这样的角度已经比地球的倾斜度还要夸张,地球的倾斜度也只是在22.1和24.5之间摆动,科学家猜测,土星离奇的倾斜角很可能源于和海王星的引力纠缠。

土星和海王星虽然相距遥远,但它们却暗中互相影响,存在共振关系,所以土星的自转轴倾角仅略小于海王星。

土星和海王星在过去几十亿年内一直相安无事,直到受到了土卫六的影响,土卫六是土星最大的卫星,它的轨道和Chrysalis在某一时间段发生了共振,导致土卫六出现了微小的偏移,然而由于土卫六的质量巨大,一点的偏移就影响到了整个土星系。

在土卫六与土卫八等其他大卫星的引力作用下,Chrysalis的轨道愈发混乱,离土星越来越近,直至被土星撕裂,被撕裂的卫星大部分物质落在了土星上,还有一部分则漂浮在了空中,形成了著名的土星环。

研究人员提取出了卡西尼号火星探测器坠入土星大气层之前最后一次扫描收集的数据,获取了土星的引力场,利用引力场,研究人员对土星的物质分布进行了建模,最终计算出土星只是在不久前才和海王星停止了共振。

不仅如此,卡西尼号还提供了土星精准的角动量,角动量可以反映出土星质量与转速和半径的关系,分析显示,土星的角动量,和理论上能够与海王星恰好共振时应有的角动量只小了一点,而缺失的这一点角动量,恰好用Chrysalis就可以补上。

早期地球很可能也形成过类似的行星环,在地球诞生初期,太阳系还是一片混沌,没有形成完全稳定的轨道,小行星撞击是常有的事,有一颗和火星大小差不多的星球以倾斜的角度撞上了地球,这颗星球几乎完全被撞碎,地球也被撞得损失了一部分质量。

其中部分在太空中的碎片,就 形成了围绕地球运行的行星环,不过地球的这个行星环物质分布不均匀,其中有一块物质较为密集的区域,它的引力不断吸引着周围更多的碎片,形成了原始的月球,并最终吸收完毕。

这时地球的行星环就消失了,只剩下在空中的月亮。


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