由科羅拉多大學(xué)博爾德分校的物理學(xué)家Sascha Kempf領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究提供了迄今為止最有力的證據(jù)，表明土星環(huán)非常年輕--可能回答了一個(gè)讓科學(xué)家困惑了一個(gè)多世紀(jì)的問(wèn)題。這項(xiàng)研究于5月12日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，將土星環(huán)的年齡確定為不超過(guò)4億年。這使得土星環(huán)比土星本身年輕得多，土星的年齡大約為45億年。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室(LASP)副教授肯普夫說(shuō)："在某種程度上，我們已經(jīng)對(duì)一個(gè)始于詹姆斯-克拉克-麥克斯韋的問(wèn)題有了結(jié)論。"

研究人員通過(guò)研究一個(gè)可能看起來(lái)不尋常的主題得出了這個(gè)結(jié)論：灰塵。Kempf解釋說(shuō)，微小的巖石物質(zhì)顆粒幾乎不斷地沖過(guò)地球的太陽(yáng)系。在某些情況下，這種沖刷會(huì)在行星體上留下一層薄薄的灰塵，包括在構(gòu)成土星環(huán)的冰上。

在這項(xiàng)新的研究中，他和他的同事們通過(guò)研究這層塵埃積累的速度來(lái)確定土星環(huán)的日期--有點(diǎn)像通過(guò)用手指沿著房子的表面來(lái)判斷房子的年齡。

"把星環(huán)想象成你家里的地毯，"Kempf說(shuō)。"如果你有一條干凈的地毯，你只需要等待。灰塵會(huì)在你的地毯上沉淀。環(huán)的情況也是如此。"

但這是一個(gè)短暫而又漫長(zhǎng)過(guò)程： 從2004年到2017年，該團(tuán)隊(duì)使用美國(guó)宇航局晚期的卡西尼號(hào)航天器上的一種叫做宇宙塵埃分析儀的儀器來(lái)分析圍繞土星飛行的塵埃斑點(diǎn)。在這13年里，研究人員僅僅收集了163個(gè)來(lái)自該行星近鄰之外的顆粒。但這已經(jīng)足夠了。根據(jù)他們的計(jì)算，土星環(huán)聚集灰塵的時(shí)間可能只有幾億年。換句話說(shuō)，這顆行星的星環(huán)是新的現(xiàn)象，它的出現(xiàn)(甚至有可能消失)在宇宙中相當(dāng)于一眨眼的時(shí)間。

"我們知道星環(huán)的年齡，但這并沒有解決我們的任何其他問(wèn)題，"Kempf說(shuō)。"我們?nèi)匀徊恢肋@些星環(huán)首先是如何形成的。"

400多年來(lái)，研究人員一直被這些看似半透明的星環(huán)所吸引。1610年，意大利天文學(xué)家伽利略首次通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察到這些特征，盡管他不知道它們是什么。(伽利略的原圖使星環(huán)看起來(lái)有點(diǎn)像水壺的把手)。在19世紀(jì)，來(lái)自蘇格蘭的科學(xué)家麥克斯韋得出結(jié)論，土星環(huán)不可能是固體，而是由許多獨(dú)立的部分組成的。

今天，科學(xué)家們知道，土星擁有七個(gè)由無(wú)數(shù)塊冰組成的星環(huán)，其中大部分不比地球上的一塊巨石大。這些冰塊的總重量約為土星的衛(wèi)星米瑪斯的一半，并從該行星的表面延伸了近17.5萬(wàn)英里。

Kempf補(bǔ)充說(shuō)，在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里，科學(xué)家們認(rèn)為星環(huán)可能與土星同時(shí)形成。觀測(cè)結(jié)果表明，這些特征是由大約98%的純水冰組成的，只有極少量的巖石物質(zhì)，然而圖形附近幾乎不可能出現(xiàn)如此干凈的東西。

卡西尼號(hào)提供了一個(gè)為土星環(huán)確定年齡的機(jī)會(huì)。該航天器于2004年首次抵達(dá)土星，并收集數(shù)據(jù)，直到它在2017年有目的地撞入該行星的大氣層。宇宙塵埃分析儀的形狀有點(diǎn)像一個(gè)水桶，在小顆粒呼嘯而過(guò)時(shí)將它們舀起。

LASP的工程師和科學(xué)家為美國(guó)宇航局即將到來(lái)的歐羅巴Clipper任務(wù)設(shè)計(jì)和建造了一個(gè)更復(fù)雜的塵埃分析儀，該任務(wù)計(jì)劃于2024年發(fā)射。

該小組估計(jì)，這種行星間的污垢每年對(duì)土星環(huán)的每平方英尺貢獻(xiàn)的灰塵將遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于一克--一種輕微的灑落，但隨著時(shí)間的推移，足以增加。以前的研究也表明，土星環(huán)可能是年輕的，但沒有包括對(duì)灰塵積累的明確測(cè)量。

這些星環(huán)可能已經(jīng)在消失了。在以前的研究中，美國(guó)宇航局的科學(xué)家們報(bào)告說(shuō)，冰正在慢慢地降到這個(gè)星球上，并可能在另外1億年內(nèi)完全消失。

這些短暫的特征在伽利略和卡西尼號(hào)航天器能夠觀察到它們的時(shí)候就已經(jīng)存在了，這就要求我們解釋這些星環(huán)最初是如何出現(xiàn)的。例如，一些科學(xué)家認(rèn)為，土星環(huán)可能是在該行星的引力將其一顆衛(wèi)星撕碎時(shí)形成的。

如果星環(huán)是短暫的、動(dòng)態(tài)的，為什么我們現(xiàn)在才看到它們?這真是太幸運(yùn)了。

標(biāo)簽： 土星光環(huán) 太空探索 宇宙研究 宇宙塵