神秘的土星环，她的秘密是什么？

太阳揭开了土星环的秘密

从美国宇航局的卡西尼号飞船上俯瞰土星环。一项新的研究利用卡西尼号的数据来探测土星环的秘密，包括环粒子的大小和组成。图片来自美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/服务精简计划/康奈尔大学/美国西南研究院（NASA/ JPL-Caltech/ SSI/ Cornell/ SwRI）。

相对于太阳系的其他部分，土星的星环还年轻吗？它们是通过摧毁冰冷的卫星或彗星而形成的吗？它们是土星的永久特征吗？或者有一天他们会停止存在吗？2022年10月18日，天文学家宣布了一项新的研究，帮助他们探测土星环的秘密。天文学家使用了来自41次太阳掩星——即从2004年到2017年绕土星轨道运行的美国宇航局卡西尼号航天器中看到土星环在太阳前方经过的事件——的数据。

这些观测结果不仅为了解这些环的粒径分布和组成提供了线索，还让天文学家加深了他们对这些环是如何形成的，以及它们最终命运的理解。

来自西南研究所、中佛罗里达大学和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员在2022年12月出版的《伊卡洛斯》杂志（第388卷）上发表了他们的同行评议发现。

土星环的秘密

科学家们想要更好地了解土星环状系统的起源。例如，环有多大了？它们是如何形成的？这项新研究的主要作者，来自西南研究所的斯蒂芬妮·贾马克说：

在近20年的时间里，美国宇航局的卡西尼号飞船分享了土星及其家族的冰卫星和标志环的奇迹，但我们仍然不知道环系统的起源。有证据表明，这些环相对年轻，可能是由于一颗冰冻卫星或彗星的破坏而形成的。然而，为任何一个起源理论提供依据，我们需要对组成这些环的粒子的大小有一个很好的了解。

太阳掩星有助于揭示土星星环的秘密

为了进行这项新的研究，天文学家使用了来自卡西尼号的紫外成像摄谱仪的数据。此前，当卡西尼号还在绕土星运行时，紫外成像摄谱仪在观察太阳的同时也观察了这些环。由于仪器是通过环观察的，粒子会部分阻挡来自太阳的光。这被称为太阳掩星。然后，紫外成像摄谱仪就可以测量这些粒子的光学深度。

怎么得出的呢？一般来说，这些粒子会吸收并散射来自太阳的光。被阻挡的光量告诉科学家这些粒子的光学深度。这些数据为了解这些粒子的大小和组成提供了线索。贾尔马克说：

考虑到来自太阳光的波长，这些观察让我们了解了土星环的最小粒子大小。紫外成像摄谱仪可以在微米级探测尘埃粒子，帮助我们了解系统内环粒子的起源、碰撞活动和破坏。

行星形成的线索

通过观察太阳以不同角度通过环的光，研究人员还可以更多地了解环系统的整体结构。此外，这些发现也可以应用于行星的一般形成。正如Jarmak解释的那样：

巨行星周围的环状系统也为研究我们太阳系的基本物理性质和过程提供了测试平台。这些粒子被认为是由物体在圆盘中碰撞形成并形成更大的粒子造成的。了解它们是如何形成这些环状系统的，也可以帮助我们理解行星是如何形成的。

这里我们看到土星环被太阳背光。卡西尼号在2013年7月19日拍摄了这张标志性的照片。卡西尼号透过环观察太阳，环中的粒子产生了掩星。图片来自美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/服务精简计划（NASA/ JPL-Caltech/ SSI）。

土星失去的卫星Chrysalis

上个月，加州大学伯克利分校的科学家表示，土星环可能是大约土卫八大小的前卫星Chrysalis在离土星太近后分裂时形成的。最终，Chrysalis剩下的任何没有落入土星本身大气层的东西都变成了环。此外，计算机模拟显示，土星最大的卫星泰坦破坏了Chrysalis的轨道，导致它离土星太近。

2019年的一项研究表明，土星环的历史可能不到1亿年。虽然土星现在可能是太阳系的宝石，但它并不总是如此！

最后，一项新的研究利用了美国宇航局卡西尼号任务的太阳掩星数据，以更好地理解土星环的组成、形成和其他秘密。