土星環中的行星曆史_風聞

原創：牧夫天文

文章來源：AAS Nova

編譯：艾宇熙

校對：牧夫天文校對組

編排：葛明紅

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

圖注：“卡西尼”號探測器拍攝的土星環

圖源：NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

變化中的行星

圖注：“卡西尼”號探測器拍攝的土星環近距離照片呈現出由螺旋密度波造成的明暗交錯條帶。

圖源：NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

在“卡西尼”號土星探測器環繞土星運動的時候，它透過土星環觀測了遙遠的恆星。顫動的星光表明，光穿過的介質也就是土星環中存在密度波，也就是説，土星環中密度高和密度低的部分交錯排列。密度波的存在不僅提供了關於土星環本身的信息，還告訴我們，土星表面也存在運動。

加拿大多倫多大學的武延慶教授和美國西北大學的Yoram

Lithwick結合觀測與理論，研究了土星表面的振動。他們發現，土星表面的振動最有可能是小天體的撞擊導致的，相比之下，土星表面對流和風暴則沒有那麼關鍵。每次有小天體撞擊土星，土星就像鈴鐺被敲響一樣產生波，而波的強度和特徵取決於撞擊的規模、次數、時間和衰減速度。

像鈴鐺一樣被敲響

圖注：左圖中的每個點都代表“卡西尼”號觀測到的一種振動模式的能量。黑色方塊為觀測值，彩色圓圈為理論值。在高能量的區間內，理論和觀測值吻合得比較好，而在低能量區間內則量級差距較大。右圖顯示了研究者們提出額外假設後新的理論模型與觀測值更為匹配。

當土星環中的密度波擴散開來從而帶走了撞擊的能量後，土星表面的振動就停止了。這一過程可能持續長達兩千萬年之久。在考察了歷史上土星受到撞擊的概率和規模後，研究者發現，除了幾種特定的振動模式，很多遠古撞擊導致的密度波殘餘仍然可以在現代的觀測中被檢測到。

研究者們還提出，土星在最近四萬年內可能受到過一次百萬年一遇的撞擊——“幸運”撞擊；在這個前提下，觀測數據和理論數據得到了更好的匹配。另外的可能是，有些振動模式衰減得更快，而在不同振動模式之間還可能發生能量的轉移。

土星之外的歷史

我們能否將研究土星表面振動的方法拓展到對其他行星曆史的研究中呢？比方説，木星並沒有像土星一樣廣闊的光環結構，因此小天體撞擊所產生的振動消減得更慢，或許在數十億年後還能檢測到——由此，研究者們認為十億年前，木星就曾受到過一顆直徑150千米的天體的撞擊。那次撞擊造成了木星重力場的變化和表面速度的改變，而通過研究木星的衞星朱諾等方法，就可以檢測到這種改變。

隨着進一步研究的開展，我們或許可以讀出更多土星和木星過去受到撞擊的事件。

『天文時刻』 牧夫出品

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影像來源: Giorgia Hofer (Cortina Astronomical Association)