土星的光環如此壯觀，即使透過普通的望遠鏡也能看到它們。光環主要由水冰構成，包含無數大大小小的粒子，它們在一個薄平面上繞著行星執行。幾十年來，科學家們已經知道土星眾多衛星的引力牽引會在光環上留下印記。現在，他們發現了一個新的光環雕塑家：行星本身的振盪，這有望深入瞭解太陽系第二大行星的內部結構。
這一發現源於對土星光環的仔細檢查。從最外層到最內層，三個主要光環分別命名為 A、B 和 C。1980 年，當旅行者 1 號飛船飛過時，它在每個環中都發現了類似於黑膠唱片上的凹槽。土星衛星的引力會形成波浪，主要是在 A 環中，因為它是最靠近衛星的環。
然而，在 1991 年，當時在斯坦福大學的保羅·羅森和他的同事使用旅行者號的資料發現了C 環中的波浪，C 環是最靠近行星的環。雖然衛星可以解釋其中一些波浪，但沒有人知道其他波浪的成因。
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然後在 2004 年，卡西尼號飛船開始繞土星執行，康奈爾大學的馬修·赫德曼和菲利普·尼科爾森使用卡西尼號觀察穿過 C 環的背景恆星。透過測量光環不同部分吸收多少星光，科學家們詳細繪製了六個神秘波的地圖。“我們發現土星可能像衛星一樣影響著光環，”赫德曼說。正如他和尼科爾森將在《天文學雜誌》的未來一期中報告的那樣，土星周圍六個波的模式速度與土星內部來回晃動並改變其引力場所產生的結果相匹配。
這一發現引起了其他行星科學家的興趣。“這非常重要，”加州大學聖克魯茲分校的喬納森·福特尼說。“它開啟了使用地震資料來了解巨行星結構的可能性，這對於太陽和地球來說都非常成功。”
“光環就像一個地震儀，”美國宇航局艾姆斯研究中心的馬克·馬利說，他於 1990 年因預測土星的振盪會影響其 C 環而獲得博士學位。然後，在發現神秘波後，他和當時在亞利桑那大學的行星科學家卡羅琳·波科提出行星的振盪正在產生這些波，這些波的特性與卡西尼號研究的六個波的特性相符。馬利說，最近的發現是“瞭解行星內部結構的一個全新的視窗”。
“長期以來，我一直懷疑你是否能進行這種地震學研究，”加州理工學院的大衛·史蒂文森說，但他仍然認為這一發現是真實的，並指出法國天文學家最近報告了在木星上檢測到振盪。“也許我們正處於理解巨行星結構的新方法的邊緣。”
波的特性表明，目前關於土星內部的模型大致是正確的。然而，這些波也提出了一個難題。馬利和波科的計算表明，光環中的每一個波紋都應該來自土星內部不同型別的振盪——但相反，赫德曼和尼科爾森發現多個波來自同一種類型的振盪。“這沒有被預測到，”赫德曼說。“這意味著模型中缺少了某些東西。”
現在，赫德曼和尼科爾森成功繪製了六個土星引起的環波，其他行星科學家將改進他們對行星內部的模型。他們已經知道土星主要由氫和氦組成，它們包圍著由冰、岩石和鐵組成的核心，但核心的確切重量（據認為大約是 10 到 20 個地球質量）是未知的。
土星的模型對太陽系以外的領域具有重要意義。“我們看到的許多系外行星都是氣態巨行星，”赫德曼說。“木星和土星提供了氣態巨行星的近距離版本，因此如果我們能夠很好地瞭解這些行星的內部結構，我們就應該能夠更好地瞭解其他巨行星。”
沒有人知道其他地方的巨行星是否擁有美麗的光環。天文學家還無法辨別系外行星周圍的光環，而太陽系的其他巨行星——木星、天王星和海王星——只擁有微弱的光環。這一觀察結果引發了一個有趣的猜想，即像土星一樣壯觀的光環在銀河系中可能很罕見，這將使我們的太陽系成為少數幾個擁有如此驚人景象的星系之一。