土星環(huán)正在消失 土星環(huán)正處于中年 1億年后消失

原標(biāo)題：美研究稱土星環(huán)正在消失 太陽(yáng)紫外光或?yàn)橹饕?/strong>

美國(guó)航天局一項(xiàng)新研究顯示，土星正在“吃掉”環(huán)繞運(yùn)行的土星環(huán)，這一主要由水冰組成的顆粒帶可能不到1億年后就不復(fù)存在了。

發(fā)表在新一期美國(guó)行星科學(xué)期刊《伊卡洛斯》上的這項(xiàng)研究說(shuō)，土星的引力正在將這些顆粒吸入上層大氣，僅這種作用就會(huì)讓土星環(huán)在3億年后消失。如果將美國(guó)土星探測(cè)器“卡西尼”號(hào)此前發(fā)現(xiàn)的落向土星赤道的“環(huán)雨”考慮在內(nèi)，土星環(huán)不到1億年后就會(huì)消失。

10月初，美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表了“卡西尼”號(hào)對(duì)土星環(huán)與行星相互作用的近距離觀測(cè)結(jié)果，顯示土星環(huán)內(nèi)部的粒子等物質(zhì)直接墜入土星大氣層。

研究人員稱，土星環(huán)主要由大小從微米到米不等的水冰顆粒組成，顆粒的軌道速度本來(lái)與土星引力維持在平衡狀態(tài)，但來(lái)自太陽(yáng)的紫外光或宇宙流星塵轟擊導(dǎo)致的等離子云大幅改變了這種平衡，讓顆粒掉落下去。

研究人員說(shuō)，土星環(huán)正處于“中年”，現(xiàn)在能看到它很幸運(yùn)，木星、天王星和海王星可能曾經(jīng)也有這種環(huán)，但現(xiàn)在已經(jīng)不明顯了。

在土星磁場(chǎng)的作用下，土星環(huán)被引力拉進(jìn)土星，形成了由冰粒子組成的塵土雨。位于馬里蘭州格林貝爾特的美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心詹姆斯·多諾霍說(shuō)：我們估計(jì)，這些‘環(huán)形雨’在半小時(shí)內(nèi)就會(huì)從土星環(huán)排出大量的水，這些水可以填滿一個(gè)奧林匹克大小的游泳池。僅從這一點(diǎn)來(lái)看，整個(gè)土星環(huán)系統(tǒng)將在3億年之后消失，除此之外，卡西尼探測(cè)器測(cè)量到的土星環(huán)物質(zhì)被探測(cè)到落入土星赤道，而土星環(huán)的壽命還不到1億年。這是相對(duì)較短的，相比之下，土星的年齡超過(guò)40億年。

科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直想知道土星是否與光環(huán)一起形成，或者這顆行星是否在生命后期獲得了光環(huán)。新的研究?jī)A向于后一種情況，表明它們的年齡不太可能超過(guò)1億年，因?yàn)榧僭O(shè)c環(huán)的密度曾經(jīng)和b環(huán)一樣大，那么c環(huán)要變成今天的樣子需要那么長(zhǎng)的時(shí)間。我們很幸運(yùn)能夠看到土星環(huán)系統(tǒng)，它似乎正處于生命的中期。然而，如果環(huán)是暫時(shí)的，也許我們只是錯(cuò)過(guò)了木星、天王星和海王星的巨大環(huán)系統(tǒng)，它們今天只有薄環(huán)！關(guān)于這枚戒指的起源，人們提出了各種各樣的理論。如果這顆行星在生命后期得到了它們，這些光環(huán)可能是土星軌道上的小冰衛(wèi)星相撞時(shí)形成，這或許是因?yàn)樗鼈兊能壍辣宦愤^(guò)的小行星或彗星引力牽引而發(fā)生了擾動(dòng)。

土星在未來(lái)一億年內(nèi)樣子的印象圖，最里面的環(huán)消失了，因?yàn)樗鼈兪紫嚷涞叫行巧?，非常緩慢地，然后是外圈，圖片：NASA/Cassini/James O'Donoghue環(huán)雨存在的第一個(gè)跡象來(lái)自旅行者號(hào)對(duì)看似無(wú)關(guān)現(xiàn)象的觀察：土星帶電上層大氣(電離層)的特殊變化，土星環(huán)的密度變化，以及在中緯度北部環(huán)繞著這顆行星的三個(gè)狹窄的暗帶。這些暗帶出現(xiàn)在1981年美國(guó)宇航局旅行者2號(hào)任務(wù)拍攝的土星朦朧的上層大氣(平流層)圖像中。1986年美國(guó)宇航局戈達(dá)德的杰克·康納尼在《地球物理研究快報(bào)》上發(fā)表了一篇論文，將這些狹窄的暗帶與土星巨大磁場(chǎng)的形狀聯(lián)系在一起。他提出，土星環(huán)上帶電冰粒子正沿著看不見(jiàn)的磁場(chǎng)線往下流，將水傾瀉到土星的上層大氣中，這些線就是從土星上露出來(lái)的。在特定緯度出現(xiàn)的水從環(huán)中流入，沖走了平流層的薄霧，使其在反射光中呈現(xiàn)出黑色，產(chǎn)生旅行者號(hào)圖像中捕捉到的狹窄暗帶。

土星環(huán)大部分是大塊的水冰，大小從微小的塵埃顆粒到幾碼(米)寬的巨石不等。土星的引力想把環(huán)粒子拉回行星，而軌道速度想把環(huán)粒子拋向太空。微小的粒子可以通過(guò)太陽(yáng)的紫外線或環(huán)上的微流星體轟擊所產(chǎn)生的等離子體云來(lái)帶電。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，這些粒子可以感覺(jué)到土星磁場(chǎng)的拉力，磁場(chǎng)在土星環(huán)處向行星內(nèi)彎曲。在土星環(huán)的某些部分，一旦帶電，這些微小粒子上的力平衡就會(huì)發(fā)生巨大變化，而土星的引力會(huì)把它們沿著磁場(chǎng)線拉進(jìn)上層大氣。一旦到達(dá)那里，冰環(huán)粒子就會(huì)汽化，水就會(huì)與土星的電離層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)的一個(gè)結(jié)果是被稱為H3+離子的帶電粒子壽命的延長(zhǎng)，H3+離子由3個(gè)質(zhì)子和2個(gè)電子組成。

當(dāng)受到陽(yáng)光照射時(shí)，H3+離子在紅外光中發(fā)光，這是由奧多諾霍團(tuán)隊(duì)使用連接在夏威夷莫納基亞的凱克望遠(yuǎn)鏡上的特殊儀器觀測(cè)到。觀測(cè)揭示了土星南北半球的發(fā)光帶，在那里與土星環(huán)平面相交的磁場(chǎng)線進(jìn)入了土星。他們分析了這束光，以確定土星環(huán)的降雨量及其對(duì)土星電離層影響。他們發(fā)現(xiàn)，降雨量與30多年前康納尼及其同事得出的驚人高值驚人地吻合得非常好，其中南部的一個(gè)地區(qū)降雨量最大。研究小組還在南半球高緯度地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一條發(fā)光帶。這是土星磁場(chǎng)與土衛(wèi)二軌道相交的地方，土衛(wèi)二是一顆地質(zhì)活動(dòng)活躍的衛(wèi)星，它正在向太空發(fā)射間歇泉狀的水冰，這表明其中一些粒子也正雨點(diǎn)般落在土星上。

這并不完全是意外，根據(jù)旅行者號(hào)圖像中另一個(gè)狹窄的暗帶，確定土衛(wèi)二和e環(huán)也是豐富的水源。卡西尼號(hào)于2005年首次觀測(cè)到這些間歇泉，據(jù)信來(lái)自這顆小衛(wèi)星冰凍表面下的液態(tài)水海洋。土衛(wèi)二的地質(zhì)活動(dòng)和海洋使其成為最有希望尋找外星生命的地方之一。研究小組想知道土星環(huán)上的雨是如何隨季節(jié)變化，隨著這顆行星在其29.4年的軌道上運(yùn)行，光環(huán)不同程度地暴露在太陽(yáng)下。由于來(lái)自太陽(yáng)的紫外線給這些冰粒充電，并使它們對(duì)土星的磁場(chǎng)做出反應(yīng)，不同程度的陽(yáng)光照射應(yīng)該會(huì)改變環(huán)雨的數(shù)量。