土星通过破坏一颗卫星来形成土星环

当恐龙还在地球上漫游的时候，也许有一个灾难性的事件创造了土星环

第一张图注：一张关于可见的、遥远的土星和太阳的图片（图源：Mark Garlick/Getty Images）

第二张图注：1981年8月4日，旅行者2号从1300万英尺（2100万千米）的远方拍摄的土星照片（图源：NASA/JPL）

1亿年前，当土星的一颗的冰构成的卫星被土星的引力撕裂时，土星环形成了。

这是根据一项新的研究得出的，该研究将光环的形成与土卫六的向外迁移以及土星自转和海王星轨道之间的共振联系起来。

关于土星环的年龄，争论已经持续了几十年。一些行星科学家认为这些环可能和行星本身一样古老，但在20世纪80年代初，加州理工学院的Peter Goldreich和麻省理工学院（MIT）的Scott Tremaine根据环中冰粒的速度以及它们碰撞和磨损的频率，估算出土星环比土星年轻1亿年。

2017年卡西尼号土星任务的结束为土星环更年轻带来了更多证据。宇宙飞船的宇宙尘埃分析仪测量了星际尘埃对环的影响。根据卡西尼号对环质量的测量，发现只有百分之一的环是由尘埃组成的，这意味着土星环只有1亿年的历史。

虽然卡西尼号的发现受到大多数人的欢迎，但一些行星科学家敦促谨慎行事，指出：一些尘埃可能会从土星环中分离，落到土星本身，从而保持土星环的清洁，使它们看起来比实际年龄要小。

现在，由麻省理工学院的Jack Wisdom领导的新研究发现了一个物理机制，不仅解释了土星自转轴的倾斜和它最大的卫星土卫六的轨道偏心，而且还发现了土星环的年龄必须接近1亿年。

“我们的做法是第一个解释和预测环的年龄的方法。”智慧告诉Space.com。

这是一个关于共振、扭矩、倾角和进动的奇妙故事。土星的倾角——即这个星球的轨道平面与它绕着旋转的太阳系平面的夹角——是26.7度。在2021年，由巴黎天文台的Melaine Saillenfest领导的科学家们证明了土卫六轨道的向外移动可能导致了这样的倾斜。

土星也绕着它的轴旋转。轴倾斜，使顶部的轴旋转在一个圆上。行星的自转轴倾斜是常见的--地球的自转轴几千年来也是这样的。今天，地球的北极点或多或少指向北极星，但在几千年后，北极就会指向织女星。

在土星的例子中，当太阳的引力吸引了土卫六，在土星上产生了一个扭矩，土卫六就引起土星轴的旋转。扭矩是一种扭转力，在土星的情况下，扭矩作用在土星的旋转轴上，促使它转动。

在某个时刻，随着土星旋转频率的增加，它与海王星轨道节点的旋转(即海王星轨道穿过黄道平面的位置)发生共振。共振是一种放大的效果，一个典型例子就是推动孩子荡秋千。在合适的时刻推，摆动的幅度就会变大。太阳系中的共振是引力引起的。在土星和海王星的情况下，共振还与相遇的特定频率有关。

然而，今天土星的旋转频率和海王星轨道的进动频率不是共振的，它们的频率并不完全匹配。

土星和海王星可能发生了偏离共振的情况吗？“我们猜到了，曾经有一颗卫星因为不稳定而脱离轨道，并与土星发生了碰撞，形成了土星环，”Wisdom说，他将这颗假想的卫星命名为“蝶蛹”（Chrysalis）。

在他们的假设中，Wisdom的团队提出蝶蛹也对土星的扭矩有贡献，使这颗有光环的行星与海王星产生共振。然而，他们的电脑模拟显示，在1亿至2亿年前，蝶蛹本身也与土卫六有共振，土卫六每绕土星三圈，蝶蛹就会绕土星一圈。这种共振会给蝶蛹一个推力，就像秋千上的孩子，并破坏了它的轨道，最终它离土星太近，引力潮汐力将它撕裂，形成了著名的土星环。假设没有来自蝶蛹的力矩，土星的旋转频率会降低，使它与海王星不共振。

斯科特·特里梅因（Scott Tremaine）是第一个提出该假说的人，他认为这项新工作是“非凡的”，并补充说：“当然，我们永远不会确切地知道是否曾有一颗额外的卫星存在于土星系统中，但能用一个假说来解释四个谜团（土星的倾角、土星环的存在、土星环的年龄和土卫六的偏心轨道），我们时间精力上的投入是非常值得的。”

BY:Keith Cooper

FY:静狸

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来源: 天文在线