一顆衛(wèi)星的丟失可以解釋土星的傾角和年輕的行星環(huán) _衛(wèi)星

一顆衛(wèi)星的丟失可以解釋土星的傾角和年輕的行星環(huán)(CREDIT: SPACE SCIENCE INSTITUTE, JPL-CALTECH/NASA / E. OTWELL, ADAPTED FROM M. EL MOUTAMID/SCIENCE 2022)
據(jù)EurekAlert!：研究人員報(bào)告，土星某顆前衛(wèi)星的毀滅或可解釋土星標(biāo)志性行星環(huán)起源時(shí)間不長(zhǎng)及土星的軸向傾斜。土星環(huán)——被認(rèn)為約在1億年前形成——是我們太陽系中最獨(dú)特的行星特征之一。然而，人們對(duì)其形成時(shí)間為何如此之短仍然知之甚少。更重要的是，對(duì)土星為何會(huì)有傾斜（或傾角）以及其最大衛(wèi)星（土衛(wèi)六）為何有奇異的軌道仍然難以解釋。
為解決這一問題，Jack Wisdom和同事使用了卡西尼號(hào)太空船最近的飛行和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，他們提出了一個(gè)可解釋所有這3個(gè)難題的答案。Wisdom等人認(rèn)為，大約在1.5億年前，土星系統(tǒng)經(jīng)歷了一次劇烈的變化：當(dāng)時(shí)一顆先前存在的衛(wèi)星（他們稱之為Chrysalis）的軌道變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致其與土星的距離之近足以被引潮力撕裂，從而形成了年輕的土星環(huán) 。據(jù)作者所說，該同一事件可能也導(dǎo)致了土衛(wèi)六的偏心率增至目前的高數(shù)值，該事件也能解釋土星的傾斜。
Maryame El Moutamid在相關(guān)的《視角》中寫道：“Wisdom等人提供了一種可能解釋土星與海王星進(jìn)動(dòng)共振極為接近以及土星環(huán)存在時(shí)間似乎不久的機(jī)制。為進(jìn)一步證實(shí)這些說法，需要做進(jìn)一步的研究以更好地定義土星的慣性極矩，以及其它有環(huán)行星發(fā)生類似事件的可能性。”
相關(guān)：科學(xué)家提出新理論：土星失蹤的衛(wèi)星或藏在星環(huán)中
據(jù)cnBeta：著名的土星環(huán)并不是那種人們很容易就能得到的東西--一個(gè)新理論表明，它們是在這個(gè)氣態(tài)巨人的一個(gè)衛(wèi)星離這個(gè)巨大行星太近時(shí)形成。這顆不幸的衛(wèi)星可能被其主人的強(qiáng)大引力場(chǎng)所吸引，然后真的把它拉開。
科學(xué)家們認(rèn)為，由此產(chǎn)生的碎片可能已經(jīng)形成了我們今天看到的大部分星環(huán) 。至少由麻省理工學(xué)院的Jack Wisdom領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組是這么認(rèn)為的，Wisdom將這顆丟失的衛(wèi)星稱為“蛹(Chrysalis)” 。
Wisdom稱這個(gè)故事還有助于解釋土星軸的不尋常傾斜以及為什么人們認(rèn)為星環(huán)只有1億多年的歷史，而土星本身形成于40多億年前。
Wisdom在一份聲明中說道：“這種傾斜太大，不可能是原行星盤中已知的形成過程或后來的大型碰撞的結(jié)果。雖然已經(jīng)提供了各種各樣的解釋，但沒有一個(gè)是完全令人信服的。最酷的是，以前無法解釋的環(huán)的年輕年齡在我們的方案中自然得到了解釋。”
該小組的理論概要可以在最新一期《科學(xué)》上發(fā)表的一篇論文中找到。
尋找土星的失落衛(wèi)星
土星繞太陽運(yùn)行時(shí)向一側(cè)傾斜超過26度，這個(gè)位置甚至比地球的傾斜度還要夸張，地球的傾斜度在22.1到24.5度之間擺動(dòng) 。長(zhǎng)期以來，對(duì)此最可能的解釋是，土星的傾斜來自于該行星與海王星的一種引力舞蹈。
但Wisdom和他的同事們?cè)贜ASA卡西尼號(hào)航天器的數(shù)據(jù)幫助下運(yùn)行了一些新的模型，這些模型表明，雖然土星和海王星在過去曾經(jīng)有過共振，但在大約1.6億年前發(fā)生了一些變化。而那件事基本上使土星脫離了海王星的影響。
在一些模擬中，最符合所有數(shù)據(jù)的是一個(gè)假設(shè)的例子，即土星失去了一顆相對(duì)較大的衛(wèi)星。
現(xiàn)在，這個(gè)巨人的行星系統(tǒng)擁有83顆衛(wèi)星；Chrysalis大小本來跟Iapetus（目前土星的第三大衛(wèi)星）差不多。這項(xiàng)新研究的科學(xué)家推測(cè) ，在2億至1億年前，這顆被遺忘的衛(wèi)星開始被土星最大的衛(wèi)星--Titan的引力場(chǎng)推來推去。反過來，這將擾亂“蛹”的軌道，從而使它走上一條混亂的道路，這包括幾乎跟木衛(wèi)二和土衛(wèi)六相撞并最終過于接近土星本身。
研究人員稱，這樣的遭遇可能會(huì)將這顆衛(wèi)星撕成碎片，大部分殘骸可能被土星吞噬，一小部分則形成我們今天所知的那些宏偉的星環(huán) 。這似乎是一個(gè)完美的解釋，同時(shí)解決了兩個(gè)宇宙之謎，但Wisdom警告稱，這仍是一個(gè)理論。
他說道：“像其他任何結(jié)果一樣，它必須由其他人來研究。”另外，他繼續(xù)補(bǔ)充稱，在這期間，它是一個(gè)偉大的故事，“就像蝴蝶的蛹一樣，這顆衛(wèi)星長(zhǎng)期處于休眠狀態(tài)，突然變得活躍起來，然后星環(huán)出現(xiàn) 。”
相關(guān)：天文學(xué)家稱土星傾角和星環(huán)可能是由一顆“失落的”衛(wèi)星形成的
據(jù)cnBeta：New Atlas報(bào)道，土星是幾個(gè)太陽系之謎的所在地。利用卡西尼號(hào)的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家們現(xiàn)在為幾個(gè)問題提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的答案--一顆“失落的”衛(wèi)星在被撕成碎片之前曾經(jīng)繞著這顆行星運(yùn)行。
土星最引人注目的特征是它的星環(huán)，主要由小塊的冰組成。長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為這些星環(huán)是大約45億年前土星本身形成時(shí)留下的物質(zhì)，但最近的研究表明它們要年輕得多--在1千萬到1億年之間。如果是這樣的話，它們可能是由一顆游蕩得太近的冰冷彗星或衛(wèi)星形成的。
這顆行星還以27度角傾斜旋轉(zhuǎn)，相對(duì)于它繞太陽運(yùn)行時(shí)的平面。長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為這是由附近的海王星的引力影響造成的，但仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，土星不再與它的“鄰居”同步。
新研究的天文學(xué)家們現(xiàn)在提出了一個(gè)可以解釋這兩個(gè)謎團(tuán)的故事。土星曾經(jīng)有另一顆衛(wèi)星。這個(gè)假設(shè)的衛(wèi)星被研究小組命名為Chrysalis，它的大小與現(xiàn)有的衛(wèi)星土衛(wèi)八(Iapetus)差不多，后者的直徑約為1470公里。如果Chrysalis存在，它將與目前的83顆衛(wèi)星一起圍繞土星運(yùn)行數(shù)十億年。
但是與土衛(wèi)六和土衛(wèi)八等其他大衛(wèi)星的引力相互作用，逐漸使Chrysalis的軌道更加混亂。大約1.6億年前，這顆注定要?dú)绲男l(wèi)星過于接近土星，在那里被強(qiáng)烈的引力撕碎了。大部分碎片會(huì)落在土星上，但有些卻卡在土星周圍旋轉(zhuǎn)，形成著名的土星環(huán) 。
這個(gè)樣子實(shí)際上可能是該行星生命中一個(gè)相對(duì)較短的階段--其他研究表明，星環(huán)可能會(huì)在未來1億年左右消失。到那時(shí)，火星可能會(huì)成為太陽系新的星環(huán)攜帶者。那么，土星的傾斜度如何呢？研究小組說，Chrysalis的引力影響會(huì)使其傾斜度與海王星保持共振，因此衛(wèi)星的消失會(huì)使該行星漂移到目前的角度。
研究人員利用卡西尼號(hào)在2017年墜入土星大氣層之前的最后一次掃描中收集的數(shù)據(jù)得出了這個(gè)解釋。該探測(cè)器測(cè)量了該行星的引力?。?這使得研究小組能夠?qū)ζ鋬?nèi)部的質(zhì)量分布進(jìn)行建模。由此，他們能夠計(jì)算出，土星只是剛剛與海王星不同步，這表明直到最近它都是如此。
接下來，天文學(xué)家們研究了要怎樣才能使這顆行星脫離這種“舞蹈” 。他們模擬了土星83顆衛(wèi)星的軌道歷史，并發(fā)現(xiàn)這確實(shí)有效--但只有在加入第84顆相當(dāng)大的衛(wèi)星時(shí)才有效。
盡管Chrysalis可能是一個(gè)解釋，但研究小組承認(rèn)，在找到進(jìn)一步的證據(jù)之前，它仍然是一個(gè)假說。
“這是一個(gè)相當(dāng)好的故事，但就像其他任何結(jié)果一樣，它必須由其他人來檢驗(yàn) ， ”該研究的主要作者Jack Wisdom說。“但似乎這個(gè)丟失的衛(wèi)星只是一個(gè)蛹，等待著它的不穩(wěn)定。”
這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
相關(guān)：研究稱一顆消失已久的衛(wèi)星可能是土星環(huán)的真正起源
據(jù)cnBeta：BGR報(bào)道，土星是我們太陽系中最令人驚嘆的行星之一。它美麗的星環(huán)使它從幾乎所有其他以我們的空間區(qū)域?yàn)榧业男行侵忻摲f而出。長(zhǎng)期以來，這種美麗和這些星環(huán)對(duì)天文學(xué)家來說幾乎是神秘的。而對(duì)許多人來說，這些星環(huán)也一直是個(gè)謎。但是現(xiàn)在，新的研究可能最終弄清了土星環(huán)的起源：一顆消失已久的衛(wèi)星。
到目前為止，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了82顆圍繞土星運(yùn)行的衛(wèi)星。但是，一組研究人員的一項(xiàng)新研究認(rèn)為，可能曾經(jīng)有83顆。此外，正是這第83顆衛(wèi)星可能與土星環(huán)的起源有關(guān) 。
早前對(duì)這顆壯觀的行星的研究表明，土星環(huán)只有大約1億年的歷史，比行星本身要年輕得多。雖然這可能是許多人爭(zhēng)論的話題，但發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這項(xiàng)新研究說，這些星環(huán)的老化可能與大約1.6億年前的一個(gè)事件有關(guān) 。
研究人員假設(shè)第83顆衛(wèi)星變得不穩(wěn)定，它的軌道擺動(dòng)得太靠近土星。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，這顆衛(wèi)星經(jīng)歷了研究人員所說的“擦肩而過”，并且這顆衛(wèi)星被撕碎了。雖然這顆氣態(tài)巨行星會(huì)吞噬掉該衛(wèi)星的大部分質(zhì)量和物質(zhì)，但其中一小部分很可能仍然存在，作為土星環(huán)的起源。
這是一個(gè)耐人尋味的想法，只是許多可能的解釋之一。為了發(fā)現(xiàn)這種可能性，研究人員說他們使用了計(jì)算機(jī)建模，通過了2017年收集的測(cè)量數(shù)據(jù) 。美國(guó)宇航局的卡西尼號(hào)任務(wù)已經(jīng)完成了對(duì)土星及其衛(wèi)星的13年探索，比以往收集了更多關(guān)于這顆氣態(tài)巨行星的信息。
但是研究人員說，“失落的衛(wèi)星”理論不僅僅是土星環(huán)起源的一種可能性。它還可以為另外兩個(gè)令人困惑的特征提供一些線索。土星以其不尋常的傾斜度和土星的衛(wèi)星之一土衛(wèi)六現(xiàn)在所遵循的奇怪軌道而聞名。以前，科學(xué)家們認(rèn)為土星的鄰星海王星是造成其傾斜的原因。
然而，這顆被研究人員命名為“Chrysalis”的衛(wèi)星的消失，可能導(dǎo)致它們離開土星時(shí)出現(xiàn)目前的傾斜。這個(gè)失落已久的衛(wèi)星理論是否是土星環(huán)的真正起源尚不清楚。不過，這仍然是一個(gè)有趣的假設(shè)，也許像詹姆斯-韋伯這樣的航天器的更多研究和觀測(cè)可以幫助提供更多的證據(jù)來證明或推翻它。

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