《華爾街日報》：土星環之謎或歷經四百年終得解

土星並非太陽系中唯一擁有光環的行星，但其由冰和塵埃構成的環帶無疑是迄今為止最為壯觀的。一項新研究對土星環的形成方式和時間提出了全新解釋，為這個自1610年伽利略舉起望遠鏡首次觀測該行星以來一直困擾天文學家的謎題提供了答案。

研究表明，這些光環形成於1億至2億年前，當時土星的一顆衞星因受另一顆衞星引力干擾偏離軌道，過於接近行星後被引力撕成碎片。根據週四發表在《科學》期刊的研究成果，這顆被研究者命名為"蝶蛹"的假想衞星殘骸繼續繞土星運行，並隨時間推移逐漸扁平化，形成了如今所見的粒子盤。

土星環局部厚度僅30英尺（約9米），直徑卻達約17萬英里（約27萬公里）。木星、天王星和海王星也有環系統，但規模更小且更為暗淡。

多年來科學家認為土星環形成於40多億年前，但近期觀測對此觀點提出了質疑。圖片來源：美國宇航局/歐洲航天局/A. Simon, M.H. Wong, OPAL團隊康奈爾大學天文學家Maryame El Moutamid博士表示，這項新研究"提出了可能永久解決土星環年齡問題的全新假説"。她為研究撰寫了評論文章但未參與具體研究。

除了解釋土星環可能如何及何時形成之外，缺失衞星假説還為土星令人困惑的傾斜角度提供了答案。與地球類似但不同於太陽系中最相似的木星，土星相對於其繞太陽運行的軌道平面存在顯著傾角。

“這個假説將兩個此前被視為獨立難題的現象聯繫了起來，“加州大學聖克魯茲分校行星科學教授、該研究合著者弗朗西斯·尼莫博士如此評價該假説，“事實證明可以用一個理論同時解釋兩者。”

多年來，科學家認為土星環形成於40多億年前，當時這顆年輕行星的強大引力場捕獲了途經的彗星和小行星，並逐漸將它們壓扁成環狀結構。但美國宇航局三次任務——1980年代的旅行者1號、2號以及2004至2017年的卡西尼號——的觀測數據對此觀點提出了質疑。觀測結果顯示，土星環的質量和組成遠比此前認為的年輕。

“如果它們並非古老形成，那必定是某個天體——比如大型彗星或衞星——後期分裂的結果，“麻省理工學院行星科學教授、新研究主要作者傑克·威茲德姆博士這樣解釋土星環。但要確定究竟是何種天體，以及它如何分裂形成光環，被證明是個棘手的難題。

研究團隊對卡西尼號數據的分析顛覆了長期以來關於土星、其衞星與鄰近行星海王星之間複雜關係的認知，從而得出了這一解決方案。科學家曾認為土星與海王星處於共振狀態，即存在相互作用。但分析表明這種共振曾存在但現已消失，暗示着當另一顆衞星土衞六的引力使其螺旋墜向土星時，某顆小衞星必然破壞了這種共振。

並非所有人都認同土星環及其傾斜問題已得到解決。

美國宇航局艾姆斯研究中心（位於加州硅谷）的行星科學家傑克·利紹爾表示，新假説"具備許多合理要素”，但難以驗證其所依據的一系列複雜天體事件。利紹爾博士未參與此項研究。

加州山景城SETI研究所的行星環研究員馬修·蒂斯卡雷諾（未參與研究）表示，科學界需要時間評審這項新研究。但他稱這個"失蹤衞星假説"是"令人振奮的新觀點，可能讓我們更接近解開土星多個相互關聯的謎團”。

聯繫作者艾琳·伍德沃德，郵箱：[email protected]

本文發表於2022年9月16日印刷版，標題為《研究揭示土星環線索》。