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2010年12月16日11:27 | 中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng) www.chinagate.cn | 給編輯寫信 字號(hào)：T|T

土星環(huán)是由一個(gè)衛(wèi)星的化石碎片組成的。45億年前土星剛剛形成后不久，這顆被冰覆蓋的衛(wèi)星的巖石核便撞上了它。（圖片來(lái)源：NASA/CXC/M.Weiss）　

?一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)世紀(jì)的天文學(xué)迷題終于有了答案。一位科學(xué)家聲稱自己弄清了土星環(huán)是怎樣形成的。而這個(gè)富有戲劇性的研究過程或許將幫助人們揭開太陽(yáng)系其他行星的秘密。

自17世紀(jì)中葉被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，土星環(huán)一直是個(gè)令科學(xué)家大惑不解的現(xiàn)象。特別是沒有一種假說(shuō)能夠解釋這些諸如冰雹塊、小石子等構(gòu)成土星環(huán)的顆粒的平均含冰量會(huì)達(dá)到90%~95%。

根據(jù)一些天文學(xué)家所推測(cè)的那樣，如果一個(gè)衛(wèi)星在土星軌道上發(fā)生了碎裂，土星環(huán)中的顆粒成分應(yīng)該是冰和巖石各占一半的。事實(shí)上，在離太陽(yáng)同等距離的衛(wèi)星中，大部分的衛(wèi)星都是這種組成配比的。

這項(xiàng)新的理論是位于美國(guó)科羅拉多州博爾德市西南研究所的行星學(xué)家Robin Canup發(fā)起的。這篇在線發(fā)表在12月12日的《自然》（Nature）雜志上的論文向人們解釋了土星環(huán)富含冰的原因，以及土星的一些小型衛(wèi)星的古怪特性。

Canup通過詳盡的計(jì)算機(jī)模擬研究，揭示了土星環(huán)起源的故事。在45億多年前土星剛剛凝結(jié)成行星的時(shí)候，圍繞它旋轉(zhuǎn)的氣態(tài)圓盤里有幾個(gè)泰坦星那么大的衛(wèi)星存在。泰坦星（編者注：即土衛(wèi)六）是土星現(xiàn)存最大的衛(wèi)星，其體積大約比地球的月亮大50%。

但由于與氣體之間的重力交互作用，這些衛(wèi)星的軌道開始收縮，一個(gè)接一個(gè)地陷入了死亡的漩渦，并最終撞上了土星。

在每顆衛(wèi)星撞上土星前，土星引力引起的巨大潮汐力會(huì)不斷地拉伸和壓縮衛(wèi)星，并剝?nèi)バl(wèi)星上的冰，將其留在半途。下一個(gè)跟上來(lái)的衛(wèi)星會(huì)“接手”這些留在軌道上的冰，但由于潮汐作用，最終也會(huì)失去自己的冰，并撞上土星。

因此Canup認(rèn)為，今天土星環(huán)系統(tǒng)里的化石碎片，應(yīng)該是最后一顆葬身土星的衛(wèi)星殘骸。當(dāng)時(shí)那顆衛(wèi)星應(yīng)該是一個(gè)巨大的冰球，還有一個(gè)巖石質(zhì)地的內(nèi)核。當(dāng)大塊大塊的冰殼脫落后，衛(wèi)星的巖石核就消失在土星的云層當(dāng)中了。

最后一顆衛(wèi)星的碎片，每一塊最初的直徑在1~50千米不等，它們共同形成了一個(gè)約為現(xiàn)在1000倍大的冰態(tài)環(huán)形系統(tǒng)。

在接下來(lái)的45億年里，這些大冰塊之間不斷地碰撞，形成了許多小的顆粒環(huán)繞著土星。而現(xiàn)在土星環(huán)里少量的巖石材料，則可能是冰塊和經(jīng)過的小行星以及彗星發(fā)生碰撞的結(jié)果，這些小行星和彗星都是被土星巨大的吸引力引過來(lái)的。

這項(xiàng)新的假說(shuō)還解釋了圍繞今天在土星環(huán)邊緣外旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星是怎樣形成的。隨著時(shí)間的推移，土星環(huán)不斷擴(kuò)大，帶冰顆粒離土星的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，直到它們相互之間的引力作用大到了足以抵抗土星潮汐力的程度。

土星潮汐力的主要作用是使這些碎片彼此分離，根據(jù)正在土星執(zhí)行探測(cè)任務(wù)的“卡西尼”號(hào)宇宙飛船發(fā)回的數(shù)據(jù)，這種潮汐作用至今仍在發(fā)生。Canup說(shuō)，這一結(jié)果也很好地解釋了為什么特提斯星（編者注：即土衛(wèi)三）幾乎是純冰。

美國(guó)康奈爾大學(xué)的行星學(xué)家Joseph Burns說(shuō)：“這項(xiàng)工作令人印象深刻?！边@項(xiàng)工作要比先前的研究更為全面，并與“卡西尼”號(hào)的觀測(cè)數(shù)據(jù)相一致，“這項(xiàng)研究給人們講了一個(gè)有趣而且可信的故事”。

康奈爾大學(xué)另一名行星學(xué)家Matthew Hedman則稱贊這項(xiàng)新的研究“十分引人入勝”，他說(shuō)：“這是第一個(gè)關(guān)于土星環(huán)起源的合乎情理的解釋?！?/p>

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