卡西尼號任務揭示的土星環的美麗與神秘

以下文章經《The Conversation》網站授權轉載，該網站是一家報道最新研究成果的線上出版物。

如果沒有美麗的土星環系統，土星會是什麼樣子？在過去的13年裡，卡西尼號太空探測器向我們展示了土星環的複雜性和動態性。

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這項為期20年的任務將於本月晚些時候結束，屆時探測器將最後一次毀滅性地墜入土星。

作為其盛大結局的一部分，卡西尼號比以往任何時候都更接近土星環，先是掠過土星環的最外邊緣，然後冒險穿過土星環和土星之間的空隙。

土星的巨大空隙

令人驚訝的是，這個空隙裡非常空曠。這與去年年底卡西尼號經過外環時每秒受到數百個塵埃粒子的轟擊的情況截然不同。

但這對於任務來說是個好訊息，因為如果阻礙物較少，這個最後階段成功的機會會更大。

在8月份最近的一次土星環俯衝中，探測器沒有像之前那樣，讓天線先穿過空隙（提供更多的保護），而是翻轉過來，讓它在俯衝時捕捉到土星環的美妙景色。

瞭解你的土星環ABC

幾個世紀以來，隨著人們對土星環的觀察越來越精細，它們被分成不同的部分。它們按照發現的順序用字母命名，這意味著從最內層到最外層的順序是D、C、B、A、F、G和E。

土星最內側的D環密度遠低於相鄰的C環，因此也更暗淡。

透過比較卡西尼號拍攝的D環新影像與1980年旅行者號拍攝的原始發現影像，可以看出土星環在相對較短的時間內發生了變化。

在旅行者號的影像中，可以看到D環中有三個相對明亮的弧形（畫面左下角的明亮弧形是C環）。最引人注目的是，中央最亮的弧形明顯褪色，並向土星移動了200公里（該弧形不再與旅行者號的影像對齊）。

土星環的起源

我們知道土星環主要由水冰組成，但尚不清楚它們是如何形成的，甚至不知道它們有多古老。

它們仍然明亮，而不是被灰塵覆蓋的事實表明它們很年輕——也許只有1億年，形成於恐龍時代。

這與卡西尼號的資料一致，但這個理論也帶來了一個問題：這意味著之前的衛星群在不久前發生了大規模的撞擊，形成了土星環和土星目前五個衛星。

另一方面，卡西尼號還表明，進入土星系統的灰塵比最初預期的要少得多。這使得土星環既古老又明亮成為可能，它們形成於太陽系的早期。此外，土星環內部的相互作用可能會去除它們的灰塵，使它們看起來年輕。

手指指向源頭

對於土星的最外層E環，其來源非常明確。衛星恩克拉多斯在這個環內執行，卡西尼號的觀測直接追蹤到環中的特徵，其源頭是恩克拉多斯表面噴發的間歇泉。

而在暗淡的F環中，衛星普羅米修斯創造了流狀通道，將物質從環中拉出來。

普羅米修斯每次軌道執行一次就會與土星環相互作用，當它到達離土星最遠、離F環最近的點時。由於普羅米修斯的執行速度快於土星環的物質，因此每次執行都會形成一條新的流狀體，位於舊的流狀體的前面。

突出的腰圍

土星的幾顆較小的衛星位於土星環內，並在土星環中開闢出空隙，卡西尼號已經顯示它們的中部有凸起。

衛星潘負責清理A環的巨大恩克環縫。當它收集土星環的物質時，潘的引力不足以將積累的物質散佈在其表面，反而形成了一個醒目的山脊。

小衛星達佛涅是卡西尼號新發現的七顆衛星之一。它只有8公里寬，當它在A環的小基勒環縫內執行時，它會拉動土星環的粒子，並在其身後留下波浪。

將土星環變成衛星

卡西尼號發現了在土星明亮的A環最邊緣形成新衛星的潛在跡象。

新形成的物體可能不到一公里寬，但能夠看到這樣一個過程的發生讓卡西尼號的科學家們感到非常驚訝。

它支援了很久以前，土星環可能比現在更大，並且能夠產生今天存在的一些衛星的理論。

它還可能為了解太陽系行星的形成過程提供見解，這些行星是從曾經環繞年輕太陽的吸積盤中出現的。

卡西尼號無疑實現了探索土星、其大氣層、磁層和土星環，以及研究土星衛星（特別是泰坦）的任務目標。人們已經學到了很多東西，包括能夠以驚奇和敬畏的目光凝視我們所屬的令人驚歎的太陽系。

本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。