一項新的研究表明，關於土星環的巨大爭論遠未結束。
多年來，科學家們一直在爭論土星著名光環的年齡：它們是古老的，可以追溯到土星本身的誕生嗎？還是環系統在最近的1億年左右才形成的？
後一種假設在過去幾年中逐漸受到重視，多篇論文報告說，這些環可能比恐龍還要年輕。這些研究引用了環的成分——超過95%的純水冰——和總質量，美國宇航局的卡西尼號探測器在2017年土星的史詩般的“盛大結局”後不久將其定為約1540萬億公噸。（從角度來看，1540萬億公噸大約是土星衛星彌瑪斯質量的40%，彌瑪斯寬250英里，即400公里。）
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鑑於這兩個數字以及微隕石的轟擊率，這個想法認為環一定是年輕的。畢竟，舊的環應該被矽酸鹽、有機分子和其他化合物“汙染”得多。
但是，由藍色海岸大學和法國大學研究所的奧雷利安·克里達領導的這項新研究認為，這種解釋存在一些嚴重問題。首先，科學家們表示，轟擊率可能會隨時間變化。也許現在異常高——由於（假設的）最近的遙遠柯伊伯帶天體的碰撞，例如——並且在它們的大部分歷史中，環受到的汙染強度要小得多。
克里達和他的同事還指出，在盛大結局期間，卡西尼號還在土星的上層大氣中發現了有機物，以及氣態巨行星與其最內環之間的間隙中的固體顆粒。研究人員說，這些東西幾乎肯定來自土星環。
“一種可能的解釋是，導致環侵蝕和這些奈米顆粒發射的（未知）過程實際上正在‘清潔’環，優先去除矽酸鹽而不是水冰，”克里達和他的團隊在今天（9月16日）線上發表在《自然天文學》雜誌上的新研究中寫道。
如果真是這樣，環看起來會比實際年輕得多。
然後是環系統的總質量。事實上，1540萬億公噸“實際上與原始大規模環的預期動力學演化相符，”研究人員在新研究中寫道。“構成環的冰塊之間的相互作用導致角動量向外轉移，從而導致環的擴散。”
在距離土星超過87,000英里（140,000公里）的距離處，環狀物質的自引力勝過了氣態巨行星的潮汐力。克里達和他的同事說，這導致了衛星和衛星的形成，以及環的質量大量損失。他們補充說，卡西尼號測量的環的當前質量非常符合古老的起源，然後是擴散和衛星的形成（儘管最初的環質量仍然未知）。
因此，克里達認為土星環是古老的，與太陽系一樣古老。
“我必須承認我帶有偏見，因為我非常喜歡衛星從環形成的模型（我為它的發展做出了貢獻），如果證明它[是]不可能的，我會感到很惱火，”他透過電子郵件告訴Space.com。
“但我認為，客觀地說，它形成了一幅更加一致的圖景，其中土星同時形成的令人信服的模型，加上與觀測結果一致的衛星的形成和向外遷移，”他補充說。“此外，目前的質量與45億年的演化非常一致，因此一切都吻合。”
他和其他人強調說，確定環的年齡對於多種原因都很重要。首先，如果環是年輕的，那麼土星的大部分冰冷衛星也可能是年輕的——包括噴射間歇泉的恩克拉多斯，它的冰冷外殼下有一個巨大的鹹水海洋。
恩克拉多斯被廣泛認為是太陽系中孕育外星生命的最佳選擇之一，如果生命有45億年的時間在那裡開始，而不是1億年的時間，那麼這方面的機會就會好得多。（另一個可能孕育生命的土星衛星，巨大的泰坦，被廣泛認為是古老的。）
此外，克里達說，更好地瞭解環的歷史將大大揭示土星系統本身的演變。例如，正如環擴散情景所假設的那樣，該行星的大部分衛星是否確實是從環中誕生的？
克里達告訴Space.com，“如果環是最近以目前的質量誕生的，那麼這個模型就行不通了，衛星的形成方式一定不同（與土星同時形成，就像太陽周圍的行星一樣）”。“此外，這種衛星從環形成的模型可以應用於天王星和海王星（它們隨後會失去原來的環）；因此，這是一個比土星更普遍的問題。”
研究人員將繼續仔細研究來自卡西尼號盛大結局的資料，以及該探測器在土星的13年多中進行的許多其他測量結果，未來幾年還會繼續。因此，關於土星環年齡的爭論可能會繼續下去。敬請關注！
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