土星年輕的光環和新發現的衛星使其成為觀星焦點

土星出乎意料的年輕光環和破紀錄的衛星數量使這顆行星成為春季天空觀測者的理想目標

Planet Saturn, viewed from above

卡西尼號探測器於 2016 年拍攝的土星及其光環。

土星是太陽系的寶石,擁有壯麗的光環奇特的衛星。它是肉眼可見行星中最暗淡的——從技術上講,天王星有時也足夠明亮可見,儘管你需要良好的視力和非常黑暗的地點——但仍然很容易在星星中辨認出來。

如果你是早起的人(或深夜派對愛好者),那麼現在是觀察土星的好時機,不是因為它比平時更亮或更靠近地球,而是因為它最近成為了一些新聞的焦點。新的研究表明,從宇宙的角度來看,它的光環相對年輕,而且天文學家也剛剛宣佈發現了一大批微小的土星衛星,這使得這顆行星成為目前擁有衛星數量最多的記錄保持者。

目前,土星在當地時間清晨升出地平線,大約一個小時後升到足夠高的高度,可以在東南方的低空中看到。如果你在黎明前不久起床,它將在地平線上方約 25 度,或者大約是你伸出的拳頭寬度的 2.5 倍——這是天文學家通用的測量單位。不要將它與附近的恆星北落師門混淆,後者比土星更靠近地平線,亮度幾乎完全相同。木星更靠近東方地平線(在土星的下方和左側,對於北半球的觀測者來說),但它比土星亮 15 倍,更容易被發現。


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如果你想避免在黎明前觀看,在這種情況下,等待也是可以的:土星的光環和衛星不會消失(至少在人類的時間尺度上是這樣)。隨著夏季的到來,這顆行星升起的時間越來越早,並在更合理的時間升到更高的天空位置。例如,到六月下旬,它在許多地方大約在午夜升起,到八月下旬,它將到達觀星的最佳時機:它在日落時升起,並在整個夜晚都可見。

透過雙筒望遠鏡,由於土星的光環,它看起來可以是拉長或橢圓形的。從小望遠鏡中看到的更清晰的景象將更清楚地顯示光環。使用望遠鏡,你甚至可能發現這顆行星的幾顆衛星;它最大的衛星泰坦比水星還大,通常看起來像是土星附近的微弱“恆星”。

如果你真的勇敢地在清晨起床去觀看這顆氣態巨行星,請花點時間思考你真正看到的是什麼。這個蒼白而光彩奪目的球體,在我們的天空中如此渺小,卻是一個比地球寬九倍,質量大 95 倍的龐然大物。儘管經過了幾個世紀的觀測,我們仍然在瞭解這個帶環奇觀。

當然,土星因其光環而在其行星兄弟姐妹中具有標誌性。木星天王星海王星也都有光環,但這些光環很薄、很暗淡,沒有航天器或強大的望遠鏡很難看到。土星的光環橫跨令人難以置信的 175,000 英里(282,000 公里)——是地球和月球之間距離的四分之三!

儘管它們看起來是固體的,但土星的光環實際上是由無數塊幾乎純淨的水冰組成的,很可能是一顆破碎衛星的殘骸。最大的冰塊可能小於十米寬——而大多數更像是你放在飲料中的冰塊的大小。儘管自從人類在 17 世紀開始透過望遠鏡觀察它們以來,光環似乎並沒有發生太大變化,但它們的年齡和壽命長期以來一直是專家們爭論的問題。

最近,越來越多的證據表明,光環比行星本身大約 45 億年的年齡要年輕得多。卡西尼號任務為此提供了大量資料;該航天器圍繞這顆行星運行了 13 年,並將大量資訊傳送回地球。

新的研究,剛剛發表在行星科學期刊伊卡洛斯上,進一步證實了光環不僅年輕,而且不會永遠存在。

微流星體——在太陽系中飛馳的微小太空岩石——是這個新時間線的關鍵。當它們撞擊土星光環中的粒子時,會產生兩個總體後果。一是微流星體塵埃汙染並使光環原始的水冰變暗。另一個是這些小碰撞會消耗環狀粒子的軌道能量,導致它們向內朝土星移動。總之,這些效應應該會使環狀粒子隨著時間的推移變得髒汙,並最終像雨一樣落到土星本身上。

科學家們利用卡西尼號的資料對這些效應進行了量化,發現光環的年齡可能不超過約 1.2 億年,這對於行星系統來說相當年輕。換個角度來看,如果早期的白堊紀恐龍發明瞭望遠鏡,它們看到的土星將沒有光環!

研究人員還發現,光環正在以一種速度侵蝕,這意味著它們將在 1500 萬到 4 億年後的某個時候消失。這對人類來說是很長一段時間,但仍然只佔太陽系年齡的一小部分。

具有諷刺意味的是,儘管土星的光環正在消退,但它似乎擁有越來越多的衛星。這不是字面意義上的或物理意義上的情況——我們只是更擅長找到它們了。

科學家們剛剛宣佈在土星周圍新發現了一大批 62 顆衛星,使這顆行星的衛星總數超過 140 顆,直接超過了木星之前保持的約 90 顆的記錄。

研究人員實際上在 2019 年的觀測中發現了許多這些衛星,使用了一種巧妙的技術來增強它們的可見性,但這些微小的衛星非常暗淡,並且在觀測之間移動得非常少。為了確認它們,天文學家需要獲得更多資料。在過去的兩年裡,他們做到了這一點,並確定了這些衛星的真實性,其中大多數衛星只有幾公里寬。

土星實際上可能有多少顆衛星?嗯,這取決於你對“衛星”的定義。肯定有數百顆,甚至可能數千顆大於一公里左右的衛星。但是,如果你將每個環狀粒子都算作一顆衛星,那麼答案就是數萬億。這裡的問題是我們沒有對衛星的定義做出很好的界定,尤其是在較低尺寸限制方面。因此,從這個意義上講,試圖確定哪個行星擁有最多的衛星有點傻。

但是,如果你冒險早起並在黎明前的春季天空中凝視土星,請記住,你現在掌握的知識會讓幾十年前的天文學家感到嫉妒。數百顆山脈般大小的衛星環繞著土星。它的光環年輕且轉瞬即逝。在非常真實的意義上,我們很幸運能夠活著看到它們。

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