土星环可能形成于恐龙时代之后_风闻

原创：牧夫天文

【这项研究的论文于2019年1月17日在线发表于《科学》杂志。】

文章来源：Science

原作：Charles Q. Choi

编译：艾宇熙

校译：徐鹏晖

编排：王璞

原文链接：

https://www.space.com/43042-saturn-rings-younger-than-dinosaurs-nasa-cassini.html

艺术家想象图：卡西尼号处于土星星体和土星环之间

图片来源 NASA/JPL-Caltech 

土星环的形成时间一直是一个富有争议的话题。有些科学家认为，土星环是四十五亿年前太阳系形成过程中，在原始土星周围的冰晶碎石围绕它形成的；另一些科学家则认为，土星环其实非常年轻，可能是土星引力撕裂了一个彗星或自身卫星后形成的。

称量土星环的质量是解决这一谜题的方案之一。起初，土星环是由纯净的冰晶构成的，因而很明亮；随着时间的推移，这些冰晶被太阳系中的尘埃侵入污染，逐渐变暗。几年前，卡西尼号土星探测器确定了土星环中约有1%的物质不是冰晶。如果科学家们得以测量土星环的质量，他们就能计算出这1%的尘埃渗入土星环需要多长时间，从而计算出土星环的年龄。

土星环

图片来源 NASA/JPL-Caltech/太空科学研究所

这项研究的作者是罗马大学的行星科学家Luciano

Iess，他们的研究主要基于卡西尼号获得的数据。2017年9月，在卡西尼号执行任务的最后阶段，它先在飞掠外环外侧的“土星环观光轨道”上飞行，又在穿过土星环最内侧和土星“表面”之间的轨道上飞行，执行探测任务。因此卡西尼号在此运行期间，同时会受到土星星体和土星环的引力拉扯，研究者们可以通过测量卡西尼号的受力方向和大小（通过速度变化推断）来计算土星星体和土星环的质量，以及它们对探测器的引力大小。

卡西尼号最后任务阶段的高空飞掠轨道（最外圈蓝线）和经过土星与其内环之间的轨道（内部蓝线）

图片来源 NASA/JPL

在卡西尼号在穿过土星环最内侧和土星“表面”之间的轨道上飞行的时候，科学家们监测了飞行器和地球之间的无线电信号。由于多普勒效应，当飞行器（无线电信号源）远离观测者运动的时候，观测者接收到的无线电信号频率会比它实际发出的低，也就是波长比实际发出的长，反之，当飞行器向观测者方向运动时，接收到的无线电频率会比它实际发出的高，也就是波长变短。通过对无线电信号频率变化的测量，即可计算探测器的速度。通过这种方法，研究者们得以精确测量了距离地球13亿千米的卡西尼号的速度，误差仅在分米/秒的数量级。

根据新的测量和计算结果，土星环的质量约为1.54亿亿吨，这个数字比早年通过“旅行者号”飞掠土星时的数据所计算得出的2.8亿亿吨小很多。基于新测定的土星环质量数据，研究者们推断土星环形成的年代在1000万年到1亿年前之间，土星环的形成时间可能比我们先前认为的近得多，甚至有可能在恐龙时代之后。

土星内部结构：

外层由氢分子构成；中层由液态金属氢构成；内层是重元素构成的核。

图片来源 NASA/JPL-Caltech

除此之外，研究者们还计算出土星的岩核质量大约是地球质量的15到18倍。在卡西尼号执行任务的最后阶段，它收集到的许多数据还带来了许多关于土星的新发现，我们的栏目曾在先前的推送中予以介绍。【潜入土星环之中】

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土星环全貌

图片来源 WIKI