土星环有多大？辩论继续进行。

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摘要：一个有几十年历史的争论今天关于土星环起源的争论可以追溯到几十年前，主要是行星际旅行者1号和旅行者2号任务对该系统的第一次近距离侦察。在任务接近尾声时，飞船在土星的云顶和环系统最里面的边缘之间进行了20多次大胆的潜水。进入行星的大气层。事实上，据一项估计，这类阵雨可能在3亿年内耗尽土星环，看来土星最显著的特征确实可能是令人惊讶的短暂性。卡西尼号在2011年7月拍下了这张土星环和卫星的部分照片。

太阳系的奇迹，一个统治的象征，所有是外星的和超凡脱俗的：雄伟的土星环，上升辉煌和闪闪发光的巨型行星的黄油，云交叉的脸。

伸展近300，土星环从一个顶端到另一个顶端长达1000公里，包含着无数的冰粒子，大小从“微观”到“移动的家”，这些冰粒子使土星无可否认地引人注目。但不仅仅是装饰，它们是行星科学中最持久的谜团之一。简单地说，专家们无法就这些环是如何形成的，甚至它们的年龄达成一致。土星的手镯是太阳系的一个原始特征吗？大约45亿年前，当混乱和碰撞塑造了我们今天看到的大部分东西时，土星的手镯就出现了？或者它们是最近才出现的？”

的答案不仅对致力于理解行星环和重建太阳系历史的科学家来说是重要的；它可能会对天体生物学家产生令人眩晕的影响，他们怀疑外星生命是否会在土卫二的冰壳下繁衍生息，土卫二是土星的一个小内月，它被掩埋了，全球海洋被认为是寻找地球以外生物的最佳场所之一。

虽然不是确定的，但解决这一争论的最佳数据来自于2004年至2017年围绕土星运行的美国宇航局卡西尼号宇宙飞船的最后几年。基于卡西尼对环的质量和亮度的测量，许多科学家现在相信他们非常年轻，已经爆发了，也许在1亿年前，恐龙仍然在地球漫游时，这意味着，通过一些蜥蜴的望远镜，土星可能会奇怪地失去光环。

但并非所有人都信服；一些评论家说，在现在和近昨天相对平静的太阳系中制造如此巨大的环实在太难了。

我不反对年轻的环。“我只是认为没有人找到一个非常合理的 ... 来 ... 它们，”西南研究所的戒指专家卢克多恩斯说它需要一个不太可能发生的事件。

今天关于土星环起源的争论可以追溯到几十年前，主要是行星际旅行者1号和旅行者2号任务对该系统的第一次近距离侦察。这些观测结果暗示，这些光环非常轻，没有足够的重量在太阳系数十亿年的历史中保留其珍珠般的光芒。这些环，看起来很年轻，但理论家们努力设计一种机制来解释它们相对较新的形成。

然后是卡西尼号。在任务接近尾声时，飞船在土星的云顶和环系统最里面的边缘之间进行了20多次大胆的潜水。当它穿过那根针时，卡西尼仔细地测量了这些环的质量，得出了一个与旅行者号相似的数字：大约一半的质量，一个小的冰月，与星球大战中的“死亡之星”空间站有着不可思议的相似之处。

，但这只是故事的一部分。在早期的任务中，太空船还擦伤了环的边缘，收集了尘埃和其他粒子，以帮助估计这些结构物从周围环境中吸收了多少暗碎片，这是确定其年龄的另一个关键测量 ... 。就像它对系统质量的测量一样，卡西尼号对土星附近尘埃的读数进一步暗示了年轻光环的存在：尽管土星的水冰环不断被太阳系外昏暗物体散落的暗碎片所覆盖，但它仍然是亮白色的。按照逻辑，年轮越老，它们应该越暗，除非它们足够大，以某种方式累积吃了数十亿年的黑尘，同时仍然保持着年轻的光芒。

罗宾·坎普，西南研究所，将这一系列证据称为年轮的“污染论据”“光环是明亮的，这在某种程度上告诉我们，它们没有受到有效的污染，或者至少我们没有看到这方面的证据，”她说。

额外的观察表明，光环不仅吸收物质，而且大量地失去它，不断地释放出大量的冰粒子。”进入行星的大气层。事实上，据一项估计，这类阵雨可能在3亿年内耗尽土星环，看来土星最显著的特征确实可能是令人惊讶的短暂性。

“它们可能存在45亿年的想法在我看来真的难以解释，”亚利桑那大学的埃里克·阿斯法格说，他研究了土星环和它的许多卫星之间的相互作用。

“我们确实有一个很好的主意，一个关于有多少彗星在外太阳系周围飞行的人口普查，而你只是没有足够的彗星使这种场景成为可能，”Dones说在过去的数亿年里，这一几率可能只有百分之几。

，但假设没有彗星参与其中，因为土星环的母体完全来自土星系统内部，而不是外部。SETI研究所的MatijaĆuk和他的同事们在研究这颗行星近地卫星奇怪的轨道时，发现了一些令人惊讶的东西。在追溯这些卫星轨道的计算机模型中，大约在1亿年前，一切都有点偏离了脚本，卫星被推到了今天根本没有观测到的轨道上。

“它们的轨道确实比我们观测到的更容易被从土星赤道平面上撞出。”这意味着我们正在模拟的这段历史从来没有发生过，而现在的卫星肯定比那要年轻。

换言之，早期的卫星系统必须重新排列到我们今天看到的系统中。

一开始并不清楚是什么引起了这种重新排列，但随后的研究发现了一个意想不到的罪魁祸首：太阳。即使是在遥远的距离，太阳的引力也能扰乱行星的运动，更重要的是，对于这个故事来说，就是它们的卫星。Ćuk和他的同事们发现，土星的轨道可能已经接近了一个点，在这个点上，太阳微弱的引力影响可能会如此轻微地推动一个巨大的内月进入另一条路径，导致与一个兄弟星碰撞。

，然后你形成一个比你现在拥有的环大10倍的环，其中的一些增生和形成新的卫星，“他说，”KDSPE“KDSPs”一个与此情景相关的推论是，萨图恩的现有内卫星会像联合王国所说的那样，从碰撞碎片中凝聚并生长出来，这意味着土卫二，土卫一和任何比大卫星土卫五更接近或更接近地球的天体也将有1亿年的历史。然而，这种情况与内卫星的年龄估计形成了鲜明对比根据他们表面的弹坑数。同样，一个年轻的土卫二可能会给天体生物学家带来重大的问题，希望月球的全球地下海洋已经存在足够长的生命，在那里进化。“KDSPE”“KDSPs”“我不认为人们喜欢听它，”英国说。“KDSPE”“KDSPs”CANUP和其他人说，而英国的假设是合理的，它无法解释月月撞击产生的物质是如何形成环的。要做到这一点，碰撞产生的碎片必须离土星足够近，才能使土星的引力保持分散，而不是在卫星形成和生活的更远区域。

“你如何从这种碰撞中获得物质回到环所在的低轨道，你又如何使这些物质仅仅是冰？”坎普问，

如果暗尘埃落在环上的速率随时间而变化，或者，如果关于尘埃是如何使年轮变暗的基本假设是错误的，那么年轮有可能是原始的，尽管它有着异常明亮的光泽。

“很明显，下雪时雪是美丽和明亮的，而且不需要太多的灰尘就可以使雪看起来很暗，”Dones说。但是，他指出，尘埃和冰环粒子之间的高速碰撞可能并没有像科学家所怀疑的那样给环着色，可能沉积的阴影比预期的要少。

对旧环故事来说更有说服力，Canup说，是一个古老的环形成碰撞的模拟。如果碎片的初始质量大大高于当前环中的质量，它将迅速扩散和消散。其中一部分会落入土星，一部分会逃逸到轨道上，其余的会沉降到卫星和光环上。奇怪的是，她说，不管你是以百万分之一还是十倍的质量开始，在数十亿年里，基本轨道动力学表明，它将以我们今天所看到的几乎完全相同的物质量来解决。

“这些环恰好具有人们所期望的质量，如果它们碰撞并扩散了40亿年，”坎普说。当卡西尼号的观测同时支持旧环和年轻环时，尽管以不同的方式，最终的结果是很棘手的。

“当你有独立的预测或解释，并且最终彼此不一致时，就会变得有趣，”她说，

我们为辨别土星的真相所做的曲折努力还远未完成。一些东西把土星环绕在行星上，尽管我们还不知道是怎么回事。

我认为土星系统处于一个混乱的级联中。“在我看来它还没有完成，”阿斯法格说，

事实上，整个土星系统是一个谜。不仅行星的环令人困惑，而且其庞大而多样的卫星阵列也很难解释。从因奇异的赤道山脊和扁平的两极而看起来像核桃的双色调卫星“土卫八”，到有着油腻湖泊和外星化学物质的巨大卫星“朦胧泰坦”，再到可能曾经有自己光环的内卫星，土星系是一个怪异的聚宝盆。因此，任何旨在解释这些环的故事，在某种程度上，也必须符合对于这些和其他的怪胎，

我看到了很多不可能的地质现象。我看到一颗行星应该看起来像木卫四，但实际上看起来像泰坦。我看到的卫星不应该像恩塞拉多斯和米阿斯那样，它们有着严重的陨落历史，这是否意味着它们已经老了，我们不知道。“然后你会看到土卫二像火箭一样爆炸，它是太阳系中最可靠的喷发体，作为地质学家，这对我来说毫无意义，”Asphagug说米马斯比土卫二得到更多的潮汐加热，它死得像个门钉！这一切都毫无意义！”

土星之谜的解决方案，或许在于行星动力学领域，在那里，引力相互作用的模拟重建了我们今天观测到的过去（和未来）。或者，答案可能依赖于实验室对暗尘埃和冰粒子之间高速碰撞的检测，以确定尘埃到底是如何给冰着色的。这可能意味着重新审视关于彗星与土星发生致命相遇的可能性的假设。或者，它可能需要更详细的分析土星内部卫星的陨石坑表面，以便更好地了解它们的真实年龄，也许是被另一艘宇宙飞船送去漫游地球的附近。

“那种认为环是古老的，并且一直被污染物质持续轰炸的旧观念，就像我们今天看到的那样？“这个想法行不通，”科罗拉多大学博尔德分校的拉里·埃斯波西托说但是最近有什么可能的机制可以形成环呢？“KDSPE”“KDSPs”这篇文章首次发表在《科学美国人》上。版权所有2012科学美国人。保留所有权利。在Twitter@SciAm和@SciamBlogs上关注《科学美国人》。访问ScientificAmerican获取最新的科学、健康和技术新闻

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