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土星并非一直有環 土星光環可能形成于恐龍時代

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土星并非一直有環 土星光環可能形成于恐龍時代


土星并非一直有環 土星光環可能形成于恐龍時代
（）過去天文學家都認為，彩色斑斕的土星環是在45億年前，跟其他太陽系成員一起形成 。可是根據無人太空船卡西尼號在2017年在土星墜毀前最后收集的資料，竟發現土星環原來只有大約1億歲，比土星的年齡要小得多 。
這份見刊于周六(19日)出版《科學》雜志的研究報告 ， 出自美國太空總署（NASA）的科學家之手 。他們分析卡西尼號最后傳回地球的數據時，發現土星環真正的質量比以往估計的小很多 。由于質量大小跟土星環的年齡成正比，經計算后 ， 證實土星環的形成年期只在1000萬至1億年之間，那時地球已有恐龍生存 。換言之，在恐龍等生物出現之前 ， 太陽系中根本還未有土星環存在 。這項新發現，為一向支持土星環年輕學說的天文學家提供了重要證據 ?？ㄎ髂崽柺窃?997年在美國發射升空，2004年抵達土星開始研究工作 ， 2017年在土星大氣層中燒毀 。它的主要任務就是研究土星和土星環的年齡和質量 。
相關報道：我們該如何給土星光環稱重？可能形成于恐龍時代
（）據新浪科技（晨風）：土星的光環是這顆氣態巨行星最顯眼的特征，但它究竟是什么時候開始形成的？一項最新研究認為，土星光環的年齡可能和恐龍的時代差不多 ， 甚至有可能其產生的時間要比恐龍時代更晚 。
關于土星光環的年齡問題在學術界一直充滿爭議 。一些研究者認為土星的光環在土星大約在45億年前最初誕生時就一同形成了，因為當時的太陽系內充滿著各種細小的碎冰塊 。但也有研究人員對此并不贊同，他們猜測土星光環要更加年輕，或許是土星的引力撕裂了一顆剛好路過的彗星或者它自身的一顆冰凍衛星之后產生的 。
要想斷這個案，有一條可行的思路，那就是對土星光環進行稱重 ， 稱一稱構成土星光環的物質加在一起究竟有多少 。我們已經知曉，構成土星光環的物質都是明亮的固態水冰，但隨著時間推移，這些原本晶瑩剔透的水冰顆粒會逐漸遭受“空間風化”并沾染上暗黑色的空間塵埃，因而逐漸失去光澤，變得暗淡 。而如果我們可以知道究竟有多少物質構成了土星的光環 ， 再看一下其中大約有多少百分比的物質已經變的暗淡了，結合變黑的普遍速度模型，我們不就可以大致估算土星光環的年齡了嗎？
可是這個方法的最大挑戰在于：我們該怎么給光環稱重？
給土星光環“稱重”
沒錯，這是這一方法面對的最大問題 。在此之前 ， 正在土星運行的卡西尼飛船已經確認，土星光環物質中，僅有大約1%的成分遭受了“污染” 。而現在，由卡西尼飛船項目組成員，意大利羅馬大學教授盧西亞諾·艾斯（Luciano Iess）領導的一個研究組巧妙地測算出了土星光環的質量，他們的相關研究已經發表在1月17日出版的美國《科學》雜志上，艾斯本人是論文第一作者 。
我們來看一看 ， 他們是怎么做到的？
艾斯團隊工作的基礎是美國和歐洲聯合執行的“卡西尼-惠更斯”土星探測器的數據 。這艘探測器在2004年至2017年間，整整13年時間都在圍繞土星運行，是人類發射的第一顆專門土星系探測器 。2017年9月份，由于燃料接近耗?。?在地面引導下，卡西尼飛船以“自殺式”姿態沖入土星大氣層解體焚毀，從而結束這場使命 。當時美國宇航局將這一壯舉稱作“壯麗終章”（the Grand Finale） 。
但在結束自己的使命之前，卡西尼探測器還為科學做出了最后，也是無可替代的貢獻——它在地面的精心引導下，先后22次沖入土星與其最內側光環之間的狹小縫隙 ， 以前所未有的近距離對土星高層大氣外側邊緣和光環內側區域環境進行了探測 。
但從這個區域穿越還有其他無法忽略的重大意義：簡單來說，此前卡西尼飛船運行的軌道是在土星光環之外，此時它感受到的土星引力場其實是土星質量和它的光環共同產生的 。但當卡西尼從兩者之間穿越而過時 ， 情況發生了變化，土星和其光環的產生的引力場開始相互“拉扯”，通過這種“拉扯” ， 研究人員可以解算出土星及其光環兩者分別的質量大小，當然也就完成了對土星光環的“稱重”！
在卡西尼飛船執行的其中6次穿越土星-光環中間區域飛行期間，科學家們對卡西尼飛船與地球之間的無線電通訊聯絡信號進行了分析，此時飛船距離土星云層頂部大約在2600公里至3900公里之間 。由于飛船與地球之間的相對運動關系，無線電信號會表現出多普勒效應 。這就有點像是你在馬路邊看到一輛遠遠駛來 ， 然后從你面前呼嘯而過的救護車：你會注意到，當救護車向你靠近時，它的警笛聲變得愈發尖銳 ， 而當車輛逐漸遠離你時，它的警笛聲變得愈發低沉 。這是因為你和救護車之間相互接近時，聲波波長被壓縮 ， 聲音變得尖銳 ， 反之，聲波波長被拉升，聲音變得低沉 。同樣的道理，無線電波也會表現出這種多普勒效應 。
但這樣的效應是很微弱的 ， 你需要極高的測量精度 。正如艾斯對媒體所表示的那樣：“我自己也很震驚，我們竟然能夠做到對一艘遠在13億公里外的飛船的速度做如此精確的測定，誤差達到毫米級 ?！?br>此前也有探測器做過相似的研究，但精度要低得多 。比如上世紀70年代美國宇航局的“旅行者”探測器測定的結果是土星光環質量大約是2.8億億噸，而此次根據卡西尼飛船數據得到的最新估算結果則是大約1.54億億噸，相比之下 ， 最大的小行星谷神星（現在已經升級為矮行星）的質量大約是93.9億億噸 。
總之一句 ， 根據這些數據，結合純凈水冰變暗的速度模型，研究組得到的結論是：土星光環大致形成于1000萬至1億年前，翻譯成更加通俗的語言就是：土星光環大致形成于恐龍時代，甚至更晚——要知道，恐龍時代在大約6500萬年前的白堊紀末期就結束了 。
更多關于土星的發現
除此之外，作者還在論文中提到了更多內容，包括基于卡西尼最后階段的高精度引力場數據估算的土星內部結構 。比如土星赤道附近存在的高速噴流——我們此前已經知道其風速達到驚人的每小時1500公里，相比之下，地球上12級臺風的中心附近最大風速大約是126公里/小時 ， 而此次研究團隊進一步發現這股氣流從土星大氣表層向下，至少要延伸到土星內部9000公里以上 。這股巨大的氣流圍繞土星快速轉動，其轉動速度要比下方的圈層快出大約4%左右 。
美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的卡西尼項目科學家琳達·斯皮爾克（Linda Spilker）評論道：“關于土星深層內部環流的發現時對于土星內部結構理論模型的一次重要改革 。現在的問題在于 ， 是什么力量導致這一外部快速轉動圈層可以深入到如此巨大的深度上？而這對于土星的內部結構形成又意味著什么？”
除此之外，研究團隊還在論文中提到，最新數據推算顯示，土星的巖石內核質量大約是地球質量的15~18倍 。這與此前的估算結果大致相同 。
相關報道：“卡西尼”號數據顯示土星并非一直有環
（）據科技日報（劉霞）：美國國家航空航天局（NASA）官網近日報道，土星環是土星的標志，但這個環何時形成？NASA的“卡西尼”號（Cassini）探測器最新提供的數據顯示，土星環可能比土星本身的形成晚得多，形成于1000萬至1億年前，約相當于地球上的恐龍時代 。
土星形成于約45億年前 。有線索表明，它的環系統是后來才出現的 ， 但具體是多久以后呢？
為了厘清土星環的年齡 ， 科學家需要測量環的質量 。20世紀80年代初，研究人員借助“卡西尼”號和“旅行者”號航天器對土星進行了遙感測量；2017年，在“卡西尼”號壯烈犧牲之前，隨著其燃料不斷耗盡 ， 它在土星和其環之間進行了22次俯沖，這使航天器落入土星的重力場 。在那里 ， 它可以感受到土星和環的引力；而從NASA的深空網絡和歐洲航天局的天線發送到“卡西尼”號的無線電信號傳達了這艘宇宙飛船的速度和加速度 。
一旦科學家知道引力對“卡西尼”號的影響有多大，他們就能確定土星以及環的質量 。
最新研究作者、“卡西尼”號團隊成員、意大利羅馬大學的魯西阿諾·艾斯說：“只有‘卡西尼’號與土星最接近之際 ， 我們收集的測量結果才讓我們獲得這一新發現 。通過這項工作，‘卡西尼’號實現了其基本目標：不僅確定環的質量，還利用這些信息改進模型并確定環的年齡 ?！?br>此前，科學家已經弄清楚了土星環的質量與其年齡之間的關系：質量越低，環越年輕，因為在較長時期內 ， 明亮且大部分由冰構成的環會被行星際碎片污染并變暗 。最新獲得的更精確的質量數據使科學家能更精確地推算出土星環的年齡，結果發表于最新一期《科學》雜志在線版 。
科學家將繼續研究土星環是如何形成的 。此外 ， 土星環比較年輕這一新證據，也為“土星環從一顆彗星而來”增添了佐證 。這一理論認為，這顆彗星距離土星太近 ， 被土星引力，或致更早一代冰月分崩離析的事件所撕裂 ， 形成了土星環 。