天文學家在土星周圍發現太陽系最大的行星環 [更新]

一個瀰漫性的、新發現的環以非凡的距離環繞著這顆氣體巨行星


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一項推測性的搜尋,旨在尋找源自土星外層衛星之一的碎片帶,結果發現了似乎是太陽系中已知的最大行星環。

根據本週《自然》雜誌上宣佈這項發現的論文,這個與遙遠的土衛九(Phoebe)相關的、新發現的環從土星延伸至大約 1250 萬公里,甚至可能更遠。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)相比之下,土星已知的第二大環,E環的外邊界距離行星不到 50 萬公里。這顆氣體巨行星有七個主環(按發現順序命名為 A 到 G),由冰、岩石和塵埃組成,它們之間還有更多的間隙和分隔。

研究人員本週還在波多黎各法哈多舉行的美國天文學會行星科學部年會上介紹了他們的發現。

利用美國宇航局斯皮策太空望遠鏡上的紅外儀器,弗吉尼亞大學(U.V.A.)的行星科學家安妮·維比瑟以及U.V.A. 天文學家邁克爾·斯克魯茨基馬里蘭大學帕克分校天文學家道格拉斯·漢密爾頓掃描了土星和土衛九之間的部分割槽域,土衛九的軌道距離土星約 1300 萬公里。研究人員在斯皮策資料中探測到了一個極其寬闊的碎片環的熱輻射,跨度近 500 萬公里。(由於覆蓋範圍不完整,維比瑟及其合作者還借鑑了其他研究人員的觀測結果來擴大調查範圍,但該環的延伸範圍可能超出他們可用影像的限制。)

“這太大了,”維比瑟在談到這個環時說。 如果它足夠明亮到可以在地球上看到,它將使夜空中其他天體的大小相形見絀。“你可以在土星的每一側放一個滿月,”她說。“它就是這麼大。”

兩位行星環系統專家參加了維比瑟及其同事在波多黎各展示其研究成果的會議,他們認為這項研究令人信服。“眼見為實,當你看到照片時,真的毫無疑問那裡有一個又大又厚的環,”位於加利福尼亞州山景城的SETI 研究所的行星天文學家馬克·肖沃爾特說。“這是一個絕對完美的探測。”

“我被我所看到的說服了,”位於加利福尼亞州帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室的行星環科學家琳達·斯皮爾克表示贊同,並補充說,斯皮策影像與環應該是什麼樣子的數值模型之間的對齊是令人信服的。作為土星探測器卡西尼號探測器的副專案科學家,斯皮爾克指出,卡西尼號配備了宇宙塵埃分析儀,但在 2004 年與土衛九相遇期間沒有探測到這個瀰漫性的環,這並不奇怪。“它沒有很多粒子,”她在談到這個環時說,並指出很容易在沒有注意到的情況下穿過它。

該研究的作者推測,隕石撞擊土衛九黑暗、佈滿隕石坑的表面釋放出形成環的粒子。這種說法可能解釋了土衛八(Iapetus)異常的雙色表面,土衛八是土衛九軌道內的一顆土星衛星。土衛九產生的環的較小粒子應該向內遷移,最終會被土衛八捕獲,用深色物質覆蓋這顆衛星的前導面——這個預測已經流傳了幾十年,與觀測結果相符。 碎片環的存在意味著這個過程正在進行中。

像土衛九產生的環這樣的微弱環可能相對常見,只是難以探測,因為大多數小衛星都會受到撞擊,從而揚起塵埃和碎片。在太陽系的其他地方也發現了類似的由衛星塵埃構成的環。“這是一個非常普遍的現象。我們只是從未見過像土衛九環這樣規模的,”肖沃爾特說。斯皮爾克指出,“無論你在哪裡找到一顆衛星,並且你受到微隕石的轟擊,你都會有一個塵埃源。塵埃很可能繼續形成一個環。”

維比瑟的團隊差點錯過了在土衛九附近進行搜尋的機會:斯皮策太空望遠鏡在五月份耗盡了低溫冷卻劑,就在土衛九調查進行三個月後。在望遠鏡新的“溫暖”狀態(仍然遠低於 –200 攝氏度)下,斯皮策的許多儀器不再以全靈敏度工作,包括多波段成像光度計上的 24 微米紅外掃描器,該掃描器用於探測新發現的環。任務的轉變意味著後續觀測將不得不使用其他儀器或航天器進行,這些儀器或航天器可能不太適合這項任務。

斯皮策土星環搜尋時間的提案是多年前提交的,但並未獲得優先考慮,維比瑟說——也許是因為,正如她所說,“去尋找可能的環是完全推測性的”。

“你只能每六個月用斯皮策觀測一次土星,並且每六個月大約有 20 天的觀測視窗,”她說。“在那些可觀測視窗期間,我們一直錯過時間安排,而這確實是在望遠鏡仍然有低溫劑剩餘的情況下,最後一次土星可觀測視窗中進行的。”

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