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土星光環起源之謎

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土星光環起源之謎

土星神秘的光環起源一直的科學家爭論的焦點
當土星運行的軌道位置抵達晝夜平分點的時候 ， 也就是在天文學上天球的赤道與黃道相交的點 。在這個點上，晝夜長短是平均分的 。在這之后，太陽光線在土星上的直射點逐漸往北移動，這個時候，土星那漂亮的光環結構會隨著這些移動呈現出不同的陰影 ， 而且土星大氣顏色也是呈現出不同的色彩 。這些圖像都被美國宇航局的卡西尼探土星探測器給捕捉到了 。圖像攝于2008年12月30日，卡西尼探測器處于環土星軌道 。
而對此，美國宇航局的天文學家們正在根據卡西尼探測器傳回的數據研究土星光環的神秘起源問題，以及在土星北極附近出現的六邊形云團 。從我們整個太陽系的角度看，相比起地球和火星，土星或許是太陽系中最容易識別的行星，這是因為其具有一個獨特而絢麗多彩的環系統 。
然而 ， 土星的光環并不是土星神秘面紗的全部內容 ， 更確切的說，僅僅是個冰山的一角，如果再進一步審視土星內部情況，我們就會發現，我們對這顆星球了解的卻是很少，而且非常地陌生 。自2004年以來，美國宇航局的卡西尼土星探測器已經非常詳細地對土星進行了勘測，包括它的環系統 。這些任務將會幫助科學家揭開一些關于土星的科學奧秘 。
土星絢麗多彩的環結構起源之謎
土星是如何具有這些漂亮的光環結構呢？雖然我們的太陽系中 ， 像木星、天王星還有海王星，這些行星上有的也有光環結構，但是沒有像土星的光環那樣密集，土星的環結構給人的感覺顯得厚重而密集 。在土星光環系統上，存在著大量的冰顆粒，這些顆粒分布在土星赤道上空大約4000英里（6437公里）的地方 ， 并外層宇宙空間中綿延大約7.5萬英里（12.07萬公里） 。而在環結構上還存在著許多“空白的裂縫”，而這些環中的裂縫存在的原因是這些地方的碎片逐漸形成了土星周圍的微小月亮，或者是從更遠的地方產生引力作用的效果 。其中就是著名的卡西尼環縫 。
更有趣的是，相比較土星的年齡而言，土星的環結構還是非常年輕的 。土星誕生至今大約有40多億年了，而土星的環只有數億年的歷史 。據位于科羅拉多州的空間科學研究院卡西尼探測器成像科學團隊和圖像控制中心實驗室的主任卡羅琳（Carolyn Porco）介紹：我們還不知道土星的環系統是在何時形成的，以及持續了多長時間 ， 這期間環結構是否是連續存在的，是否有出現過斷檔期，這些問題我們還處于探索之中 。
針對土星神秘環結構的起源問題，科學家目前推測有兩種可能性：第一，在遠古時期的土星，軌道周圍分布著小月亮，由于土星強大引力的作用，這些小月亮在圍繞土星旋轉的時候被撕裂了 ， 形成了這些小碎片構成的土星環 。第二，撞擊假說，土星在某個時期受到一個天體的撞擊，這顆天體可能是一顆小行星或者是一顆大彗星，巨大的撞擊力使得土星表面的物質被剝離到宇宙空間中 ， 在土星引力的作用下，散落的物質開始逐漸穩定下來，形成了土星的環結構 。
研究土星的環結構不僅是對土星奧秘的一種了解、探索 。土星環的形成過程包含了宇宙中對于盤狀物質分布的一般規律特征 。探索土星的環結構，最直接的衍生探索課題是對宇宙中其他行星上的環結構的形成有了一個較為相似的認識，這些行星的外圍環結構的分布在一定程度上都有著共同之處 。其次 ， 也可以讓我們明白，盤狀結構的形成理論有助于我們研究宇宙中恒星周圍的氣體和塵埃運動以及后續演化的模型 。再者 。對于更大范圍上的研究，比如星系的螺旋結構動力學模型 ， 圍繞在星系形成之初周圍的塵埃碎片物質是如何演變的 ， 對這些問題的深入探討都可以源于對土星神秘環系統的研究成果 。
土星上肆虐大巨星風暴之謎
另外，土星上肆虐的巨型風暴也是土星的一大謎團 。相比較其他氣態行星而言，特別是土星的大鄰居木星，他們在體積上是都是非常巨大的 ， 而其實木星也擁有一個環系統，木星環比其土星的環，那就是小巫見大巫了 ， 在地面上需要用超大口徑的望遠鏡才能觀察到，且木星的環主要是塵埃 。在木星上也有一個大紅斑，分布在木星赤道帶以南，被稱為是一種反氣旋的巨型漩渦氣流 ， 足以放下兩到三個的地球 。然而，在去年的12月份，一個巨大白色狀的風暴在土星的北半球爆發 。
天文學家目前的研究結果顯示：土星的大風暴大約在每三十年左右出現一次周期循環，同時可追溯到180年以上，而在土星上的一年，相當于地球上的30年，科學家認為這暗示著大風暴與土星的季節存在著某種聯系 。但是如果僅僅是這樣簡單的推演，現在出現的大風暴并不是一直存在著，它會在2020年的某個時候消失，所以檢驗這個簡單理論的方法其實也很簡單 ， 如果在2020年風暴還存在，那這個理論或許就需要進行修改了 。
關于土星北半球出現的巨型風暴，我們對其起源和動力源都還不得而知 ， 卡西尼探測器圖像控制中心實驗室的主任卡羅琳認為：這種巨型氣態行星的大氣動力與地球或者金星等行星不一樣，存在著另一種循環模式，而土星的風暴具有著強大的能量 ， 這些能量是從何處而來的，以及如何維持超級氣旋的規模都還有待進一步的探索 。
土星上令人驚訝的六邊形云團
在上個世紀80年代，美國宇航局的旅行者號探測器飛越土星的時候 ， 發現了一個令人驚訝的六邊形云團位于土星的北極附近 。卡西尼探測器在近些年也在一直觀測這個奇怪的天氣現象，這個云團不僅形狀非常地奇怪，而且還很龐大 ， 可以容納下四個地球 ?？ㄎ髂崽綔y器上的可見光和紅外分光計詳細對云團進行的測繪，以此想揭開土星自轉對大氣系統造成多大的影響以及土星的內部結構是如何作用于大氣循環的 。
此前，研究人員為了研究土星北極這個奇怪的云團 ， 使用了一個大型液體容器進行模擬，模擬六邊形的形成機制以及其他多邊形的形成形狀 。實驗結果表明，土星的六邊形云團與旋轉體在流體力學中的行為非常相似 ， 這同時也是一個極為奇怪的推論，使得科學家對此有些費解 。
土星的自轉周期到底有多長
除此之外，如何衡量土星的一天呢 ， 或者說如何確定氣態行星上的一天到底有長也是一個棘手的問題，這不像巖質行星上有著明顯的標志性的地形進行區分確定，而且通過氣態行星上的云層標志確定自轉周期也存在著代表不充分的問題 。
科學家對此采用了一種方法，通過測量行星上自然發射的電波信號進行確定，這種技術已經應用于測量木星的自轉周期，而對土星的信號處理來源于旅行者的數據記錄 。在2004年 ， 卡西尼探測器通過這個方法測量了土星上的一天，大約比現有的數據多了6分鐘 。
然而，后續的研究表明 ， 這種方法對土星來說還存在問題，土星的波電信號是由其磁場產生的 ， 而土星的磁場與自轉存在不同步的問題 ， 所以通過測量不同步的磁場信號而判斷土星的自轉是存在問題的 。
總的來說，科學家對此不得不進行數據平均，也就是通過平均先鋒號探測器、旅行者探測器以及卡西尼探測器所測量的結果 ， 得出的“最佳”數據為：土星的一天大約是10小時32分35秒 。
【土星光環起源之謎】
騰訊科技訊（Everett/編譯）