土星壯觀的「環」如何形成?最新研究找到答案:一顆名為「蝶蛹」的衛星粉身碎骨!

太陽系八大行星中,土星並非最大,也非最亮,但卻最引人遐思,因為它擁有壯觀的「環」。多年來,天文學家對於土星環如何形成、何時形成爭議不休,但一項根據新近觀測資料的研究宣稱拍板定案:土星環來自一顆「失落的衛星」,在1億6000萬年前形成!

新研究發表在美國權威期刊《科學》(Science),試圖解決伽利略(Galileo Galilei1610年首度觀測到土星環以來的謎團。研究作者認為,距今大約1億6000萬年前,土星的一顆衛星「蝶蛹(Chrysalis)」被土衛六(Titan,土星最大的衛星」或土衛八(Iapetus)撞離運轉軌道,落向土星表面,慘遭土星的重力場(潮汐力)粉身碎骨,殘骸從此繞行土星,並逐漸被擠壓為扁平的碟狀構造。

新研究第一作者、美國麻省理工學院(MIT)行星科學教授韋斯頓(Jack Wisdom)形容:「就像蝴蝶的蛹,這顆衛星長期休眠,突然醒來,土星環因此出現。」

土星環(NASA)
土星環(NASA)

土星環(NASA)

《華爾街日報》(WSJ)報導多年來天文學界的主流意見相信,土星環形成於40多億年前,剛誕生的土星以重力場擄獲、粉碎行經的彗星或小行星。但美國航太總署(NASA)卡西尼號(Cassini)太空船的觀測資料顯示,土星環的年齡遠比「40億歲」年輕。

韋斯頓的團隊從研究土星特異的轉軸傾角(obliquity,行星的自轉軸相對於軌道平面的傾斜角度)出發,進一步分析土星與海王星的重力場共振關係,從而得出「失落的衛星假說(missing-moon scenario)」:土星有一顆衛星在距今1億至2億年前消失,導致土星與海王星停止共振,形成今日的土星環。

不過NASA的行星科學家李索爾(Jack Lissauer)對新假說持保留態度,認為其中涉及一系列天體事件,相當複雜且難以驗證。美國西南研究院(SwRI)與康乃爾大學(Cornell University)的行星動力學家唐斯(Luke Dones)與艾爾穆塔米德(Maryame El Moutamid)也有類似看法。

土星環(NASA)
土星環(NASA)

土星環(NASA)

今日的土星環是由數以萬計稀薄的小環和空隙構成的複雜結構體,直徑約27萬公里,但最扁平處的厚度只有10公尺;其主要成分是水冰,還有一些塵埃與其他化學物質。土星之外,木星、天王星與海王星也都有環,但遠不如土星壯觀。

不過可惜的是,受到太陽輻射與土星重力的雙重影響,科學家估計再過不到1億年時間,土星環就會完全消失,除非,又有一顆衛星粉身碎骨,化為星環。

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