揭示小卫星如何雕琢土星环 “卡西尼”号拍摄惊人照片

作者:国家空间科学中心 / 公众号:nssc1958 发布时间:2019-06-25

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星环是土星的标志性特征,也是无数天文爱好者的最爱。《科学》杂志刊登的一篇新论文指出,土星的环系统存在个头很小的小卫星,与环内大量存在的多冰颗粒发生交互,导致星环结构出现各种形状和纹理。这一点与原行星盘内的行星形成过程极为相似。研究指出土星环可以充当一个实验室,帮助科学家进一步了解行星如何形成。
科学家认为土星环诞生于1000万年前。当时,土星俘获了一颗彗星。这颗彗星在土星的引力拖拽下土崩瓦解,所产生的碎片形成了美丽的星环
“卡西尼”号土星探索任务已于一年半前宣告结束,但这艘飞船的观测数据仍孕育出一系列科学发现。在服役的最后几个月,“卡西尼”号进一步靠近土星并穿过环缝,对这颗气态巨行星的星环进行细致观测。观测结果促使科学家提出了一系列与塑造星环的各种交互作用有关的疑问。
2017年7月6日拍摄的土星环彩照,展示了B环中内区域的一部分。土星环的历史在100万到1000万年之间,要比土星年轻得多
《科学》杂志刊登了一篇新论文,阐述“卡西尼”号近距离观测星环时得出的发现。土星的环系统存在个头很小的小卫星,与环内大量存在的多冰颗粒发生交互,导致星环结构出现各种形状和纹理。这一点与恒星周围原行星盘内的行星形成过程极为相似。研究指出土星环可以充当一个实验室,帮助科学家进一步了解行星如何形成。
在最后一次观测星环时,“卡西尼”号发现了从块状到稻草状的各种纹理和图案。这些发现引发了科学家对土星环的一系列疑问,例如不同的纹理和图案如何形成?哪些交互作用塑造了星环?星环结构的颜色、温度和化学特征又如何发生改变?
F环处在土星环系统的最外侧。虽然F环之外还有其它“短命”的环形结构,但它仍被视为最外环
F环处在土星环系统的最外侧,可能也是最为活跃的一环。F环的一些特征可在短短几小时内发生改变。2008年进行的一项研究发现,多颗小卫星影响F环,它们的撞击和引力效应在F环形成团块和纵向通道。
在这篇新论文中,研究人员阐述了F环内出现的一系列撞击造成的条纹。这些条纹的长度和方向相同,由多颗天体同时撞击星环导致。这是一项重要发现,因为这将彗星碎片排除在原因之外,同时凸显了环绕土星的物质流在塑造星环结构方面扮演的角色。
土卫三十五“达佛涅斯”,直径只有8公里。这颗卫星在基勒环缝外缘形成波浪
研究论文主执笔人、搜寻地外文明研究所的“卡西尼”号项目科学家马特·蒂斯卡莱诺表示:“这些新细节揭示了卫星如何以各种方式雕琢星环。它们为我们打开了一个窗口,帮助我们了解太阳系如何形成。太阳系物质盘的演化也受到环内天体的影响。”
“卡西尼”号掠环轨道任务在2016年12月至2017年4月拍摄的星环特写照片展示了三种截然不同的结构——团块结构、平滑结构和条纹结构。存在这三种结构的带状区域之间有明显的界线。造成这种现象的原因尚是一个未知数,因为科学家无法识别出与这些带状区域有关的星环特征。
类似稻草的星环纹理
蒂斯卡莱诺表示:“这让我们意识到星环的外观并不仅仅是所含物质数量的一种体现。环内颗粒的特征一定存在某些差异,可能影响两个环内颗粒撞击和随后的反弹过程。不过,我们尚不确定存在哪些差异。”
“卡西尼”号的可见光与红外成像光谱仪(VIMS)得出了一些更神秘的发现。正如名字所暗示的那样的,这台仪器能够进行可见光和红外成像。VIMS在A环的最外缘发现了极为脆弱的水冰带。这是一项出人意料的发现,因为这一区域的反射性很高,而高反射性往往意味着存在污染程度更小的水冰,进而可以形成更稳固的水冰带。
对于土星环,还有很多疑问等待科学家给出答案
VIMS还有很多令人吃惊的发现。科学家知道水冰是土星环的主要成分,同时确信星环还存在氨冰和甲烷冰等其它冰。但VIMS并没有发现这两种冰,也没有发现有机化合物,而“卡西尼”号此前曾发现有机物从D环流入土星大气层。
康奈尔大学的VIMS项目科学家菲尔·尼克尔森表示:“如果存在大量有机物——至少在A环、B环和C环——我们应该能发现。我至今也不认为它们是主星环的主要成分。”在研究土星的科学家眼里,这无疑是非常有趣的发现。为了破解这些谜团,科学家需要创建新的模型。在“卡西尼”号的所有发现中,最令人吃惊的莫过于星环比此前认为的要年轻得多。
右侧为土星A、B和C环的红外照片,由“卡西尼”号的可见光与红外成像光谱仪(VIMS)拍摄。蓝色区域存在纯水冰或/和大尺寸颗粒(主要集中在A和B环)。红色说明非多冰物质和/或小尺寸颗粒数量增多(主要集中在C环和卡西尼环缝)。左侧的自然色土星环照片由“卡西尼”号的成像科学子系统拍摄
美国宇航局埃姆斯研究中心的杰夫·库兹表示,科学家正进入土星研究的一个新阶段。在这个阶段,我们将创建一系列新模型,解释这些新发现。“随着观测的不断深入,我们得出了新的更有趣的发现,也遭遇了新的谜题。我们正进入下一个阶段,需要我们建立详尽的新模型,去揭示星环的演化。‘卡西尼’号的观测数据表明,星环要比土星年轻得多。”
“卡西尼”号的掠环轨道任务帮助科学家加深对土星环的认知
科学研究是一件令人兴奋的事请,但过程中也经常遭遇挫折,因为认知的加深也会带来新问题。在利用“卡西尼”号近距离观测火星及其星环获取的数据进行新研究时,科学家便遭遇这种情况。喷气推进实验室的“卡西尼”号项目科学家林达·斯皮克指出:“我们获取了更清晰的星环图像。解析度的提高意味着我们能够解答更多疑问,但与此同时,我们也遭遇一系列新问题。”
来源:漫步宇宙

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